Найден способ устранить хрупкость перспективного материала для энергетики
Группа ученых из Сколтеха, Университета имени Давида Бен-Гуриона в Негеве, Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН и других научных организаций изучили влияние различных видов дефектов на механическое поведение термоматериала на основе теллурида свинца (PbTe). Вещество широко применяется в качестве термоэлектрика, обладает высокой эффективностью преобразования тепла в электричество, но одной из ключевых проблем остается его повышенная хрупкость, что существенно ограничивает практическое применение.
Результаты опубликованы в Journal of Materials Chemistry A. В теллуриде свинца встречается три основных типа дефектов: замещения атомов, переход одного элемента на позицию другого и образование пустот (вакансий) при отсутствии в структуре отдельных атомов теллура или свинца. В первом случае атомы свинца или теллура случайным образом замещаются на другие элементы (например, натрий или висмут). Цель таких замен — изменить электрические свойства материала, чтобы повысить эффективность работы устройства. Однако такая замена влияет еще и на механическую прочность материала.
Когда новый атом отличается от старого количеством электронов, то возникает избыток или недостаток электронов, что влияет на способность материала пропускать электрический ток. Таким образом, возникают два возможных варианта проводимости: n-типа, когда преобладают свободные электроны, и p-типа, когда доминируют положительно заряженные носители заряда — дырки.
«Теллурид свинца — очень перспективный материал, но проблема заключается в том, что для электроники лучшим является p-тип, а его механические свойства хуже. Наша задача — найти способ улучшить эти свойства p-допированного теллурида свинца. В статье мы показали, как на это можно воздействовать внутренними дефектами материала. Такой подход открывает перспективы для разработки эффективных термоэлектриков нового поколения, сочетающих высокую эффективность преобразования энергии с улучшенными эксплуатационными характеристиками», — прокомментировал первый автор работы Илья Чепкасов, старший научный сотрудник Проектного центра по энергопереходу Сколтеха.
Авторы изучили механизмы изменения механических характеристик материала путем введения специфических дефектов, включая различные виды заместителей, вакансии и междоузельные включения. Авторы использовали комплекс современных методов теоретического моделирования, включающих расчеты с использованием теории функционала плотности, методику анализа химического связывания методом Crystal Orbital Hamilton Populations (COHP), а также компьютерные симуляции деформации с применением моделей взаимодействия между атомами на основе глубокого обучения.
«Наши расчеты показывают значительное увеличение хрупкости материала, легированного натрием (p-тип), при наличии вакансий теллура, которые являются внутренними дефектами в теллуриде свинца. Аналогичная ситуация наблюдается при совместном присутствии междоузельных включений серебра и меди (n-тип) совместно с вакансиями свинца», — поделился результатами профессор Проектного центра по энергопереходу Сколтеха Александр Квашнин, соавтор работы.
Ключевым фактором, влияющим на хрупкость и пластичность легированного теллурида свинца с разными типами дефектов, является избыток или недостаток электронной плотности на химических связях внутри PbTe. Симуляции с использованием нейросетевых моделей глубокого обучения выявили оптимальные механизмы настройки, направленные на улучшение механических свойств легированного материала. Так, материал, легированный натрием, можно сделать более пластичным с помощью добавления вакансий свинца и замещения части свинца на теллур.
Результаты вносят важный вклад в разработку высокопроизводительных термоэлектрических генераторов на основе теллурида свинца и направлены на разрешение его основного ограничения — повышенной механической хрупкости.
Telegram 
Дзен 
VK Множество переломов костей у средневекового скелета, захороненного в замке Стерлинг, позволили предположить, что мужчина погиб в результате прямого попадания снаряда, выпущенного из осадного орудия. Не исключено, что это был гигантский требушет «Боевой Волк», построенный по приказу короля Англии Эдуарда I.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Вполне возможно, что примерно 55 тысяч лет назад неандертальцы обитали гораздо южнее, чем считалось до сих пор. На то, что они могли приспособиться к жизни в условиях пустыни, указали каменные орудия, обнаруженные на Аравийском полуострове.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
В черепах участников битв эпохи Средневековья часто находят отверстия квадратной формы, о происхождении которых спорят специалисты. Авторы нового исследования пришли к выводу, что такое повреждение — следствие смертельного удара по голове палицей.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Остров Пекан недалеко от Мексиканского залива в Луизиане вскоре перейдет в собственность компании Илона Маска. Здесь будет новый космодром для Starship, почти в 20 раз больше, чем в Бока-Чике, где уже стоят две стартовых площадки. Уникальное местоположение позволит компании попытаться реализовать амбициозную цель о запуске миллиона низкоорбитальных спутников на орбиты, где сегодня находится подавляющее меньшинство спутников Земли.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно