|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ФИЦ ПХФ и МХ РАН |
||
Реакционная способность термоэлектрических клатратных соединений при взаимодействии с компонентами воздухаНИР
- Руководитель НИР: Яшина Л.В.
- Участники НИР: Вербицкий Н.И., Волыхов А.А., Иваньшина О.Ю., Катаев Э.Ю., Неудачина В.С., Сиротина А.П., Тамм М.Е., Шевельков А.В.
- Подразделение: Кафедра неорганической химии
- Срок исполнения: 1 января 2013 г. - 31 декабря 2015 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 13-03-01187
- Номер ЦИТИС: 01201354039
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: другое
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.19.16 Физика тонких пленок. Поверхности и границы раздела
- 31.15.19 Химия твердого тела
- 31.15.35 Поверхностные явления. Адсорбция. Хроматография. Ионный обмен
-
Ключевые слова:
термоэлектрические материалы, реакционная способность, преобразование энергии, защитные покрытия, клатратные соединения
-
Описание:
Проект нацелен на решение фундаментальной проблемы химии твердого тела - выявление фундаментальных закономерностей реакционной способности кристаллических фаз в реакциях с компонентами воздуха и процессов формирования оксидных слоев (защитных покрытий) для новых материалов. Общая проблема решается для кристаллов новых клатратных соединений, перспективных в качестве термоэлектрических материалов нового поколения. Применение новых клатратных термоэлектрических материалов ограничивается тем фактом, что их поверхность нестабильна в условиях эксплуатации. В связи с этим общим подходом к разработке материалов, пригодных для прямого преобразования тепловой солнечной энергии, является выбор составов и условий, обеспечивающих формирование тонких оксидных слоев с пассивирующими свойствами. При этом должны сохраняться уникальные свойства этих материалов– высокая электропроводность при низкой теплопроводности, обуславливающих перспективы их применения в термоэлектрических устройствах нового поколения. Экспериментально и теоретически будут решены следующие задачи: 1. Синтез кристаллов клатратных соединений заданного состава и приготовление атомарно-чистых поверхностей; 2. Теоретическое и экспериментальное исследование процессов окисления и явлений сегрегации в оксидном и пограничном слоях кристалла; 3. Определение термодинамических и кинетических условий формирования оксидных слоев заданной толщины и состава, перспективных в качестве пассивирующих покрытий. В экспериментальном исследовании варьируемыми параметрами будут состав кристалла и физико-химические условия формирования оксидного слоя: температура, продолжительность процесса, состав газовой среды. При помощи комплекса методов зондовой микроскопии, РФЭС, УФЭС и др.) будут исследованы структура оксидного слоя (толщина, шероховатость, сплошность, степень кристалличности и т. д.), его состав и распределение всех компонентов по толщине слоя и в приповерхностных слоях кристаллов. Особое внимание будет уделяться сегрегации (т.е. обогащению поверхности одним из компонентов кристалла) в ее связи с пассивирующим действием. Теоретическое исследование будет включать квантово-химическое моделирование продуктов окисления и сравнение их относительной устойчивости. В результате будут выявлены закономерности в процессах формирования тонких оксидных слоев для клатратных соединений с пассивирующими свойствами.
- Добавил в систему: Яшина Лада Валерьевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. | Этап 2013 года |
| Результаты этапа: Проект нацелен на решение фундаментальной проблемы химии твердого тела - выявление общих закономерностей реакционной способности клатратных соединений (термоэлектриков) и процессов формирования оксидных слоев (защитных покрытий). Этап 2013 г. был посвящен исследованию клатратных соединений в системе в Sn-In-As-I. В результате методом химических транспортных реакций были синтезированы монокристаллов клатратных соединений, проведена их диагностика. Теоретически (в рамках теории функционала плотности) и экспериментально (при помощи фотоэлектронной спектроскопии) определено их электронное строение. Отработана методика приготовления атомарно-чистых поверхностей путем скалывания кристалла в условиях сверхвысокого вакуума, проведено исследование состава и структуры поверхностей. Исследовано окисление кристаллов клатратных фаза в системах Sn-In-As-I в кислородной и воздушной атмосфере. Определены толщины оксидных слоев и их состав. Установлено, что данные соединения обладают высокой реакционной способностью (окисляются уже при давлении кислорода 10-6 мбар при 298К), однако при этом пассивирующего покрытия не образуется. Найдено, что в результате термической обработки оксидного слоя в вакууме его состав меняется и соответствует диоксиду олова. | ||
| 2 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Этап 2014 года |
| Результаты этапа: Проект нацелен на решение фундаментальной проблемы химии твердого тела - выявление общих закономерностей реакционной способности клатратных соединений (термоэлектрических материалов) и процессов формирования оксидных слоев (защитных покрытий). Этап 2014 г. был посвящен исследованию кинетики взаимодействия клатратных соединений с кислородом. Для клатратных кристаллов в системе Sn-In-As-I экспериментально (при помощи уникальной методики фотоэлектронной спектроскопии высокого давления) исследована кинетика взаимодействия c молекулярным кислородом при различных давлениях (от 5*10-3 до 7 мбар) и температурах (25-350?C). Предложен механизм окисления. В результате проведенных исследований не выявлено существенного влияния состава клатратных кристаллов на механизм и скорость процессов взаимодействия с молекулярным кислородом. Исследована динамика изменения толщины оксидных слоев, их состав и изменение состава по глубине. Показало, что пассивирующее покрытие возникает при температуре выше 150?С и давлении выше 0.1 мбар. Исследованы явления сегрегации в оксидных слоях; найдено, что тенденция к образованию поверхностного слоя, состоящего из оксида олова, усиливается при увеличении как температуры, так и давления кислорода. | ||
| 3 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Реакционная способность термоэлектрических клатратных соединений при взаимодействии с компонентами воздуха |
| Результаты этапа: Проведено квантово-химическое моделирование процессов взаимодействия поверхностей клатратных кристаллов с кислородом, водой и углекислым газом в рамках теории функционала плотности. При помощи рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии получены экспериментальные данные по реакционной способности и кинетике взаимодействия клатратных кристаллов с компонетами воздуха – кислородом, водой и углекислым газом. Проведены долгосрочные исследования стабильности пассивирующих слоев, сформированных в результате термической обработки, оценено влияние влажности воздуха и содержания углекислого газа. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".