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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Британские палеонтологи установили, что самый первый окаменелый фрагмент динозавра, когда-либо найденный в Антарктиде, принадлежал титанозавру. Эта группа длинношеих ящеров-завроподов включает в себя самых огромных сухопутных существ, когда-либо ходивших по земле.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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