Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В рамках проекта были поставлены задачи разработки новых материалов для источников электроэнергии, работающих на основе эффекта Зеебека и характеризующихся повышенными значениями коэффициента термоэлектрической добротности. Указанный коэффициент определяется по формуле: ZT=a^2*S *T/l, (1) где a – коэффициент Зеебека (отношение термоэдс к разности температур), S – электропроводность, l – коэффициент теплопроводности, Т – средняя температура. Типичные значения коэффициента ZT для материалов на основе Si не превышают 2, что соответствует КПД не выше 15 %. Перспективным методом повышения ZT считается снижение фононной составляющей коэффициента теплопроводности [1]. Для этого формируются новые материалы, с существенно изменённой кристаллической структурой. Одним из наиболее перспективных методов модификации структуры является формирование поликристаллических материалов с размером зерна не превышающим сотни нанометров (или ещё меньше). В отличие от монокристаллов, показатели эффективности поликристаллических термоэлектриков зависят от размеров зерна, свойств границ зёрен, степени перемешивания материалов в твёрдых растворах. Контроль указанных параметров обеспечит управление свойствами термоэлектрических преобразователей энергии [1]. С этой целью в рамках проекта предложено применение новых технологических подходов для формирования термоэлектрических материалов на основе Ge-Si твёрдых растворов и соединений силицида марганца: - метода электроимпульсного плазменного спекания для формирования объёмных термоэлектрических материалов с наноразмерной зёренной структурой [2]; - метода импульсного лазерного осаждения для формирования сверхрешёток, состоящих из чередующихся слоёв разных материалов с размерами слоя единицы нанометров (плёночных термоэлектриков). В качестве исходных материалов для синтеза выбраны твёрдые растворы GeSi и соединения на основе силицида марганца. Преимуществами данных материалов являются низкая токсичность, а также уже продемонстрированные возможности получения высоких значений ZT [3,4]. Ожидается, что применение новых технологических подходов позволит ещё больше повысить коэффициент ZT за счёт эффекта наноструктурирования. В рамках первого этапа выполнения настоящего проекта ставились задачи разработки методов получения термоэлектрических материалов с применением технологии электроимпульсного плазменного спекания, применение материалов, полученных этим методом для формирования плёночных термоэлектриков (для плёночных материалов использован метод импульсного лазерного осаждения - ИЛО). В ходе первого этапа проекта были выполнены следующие работы и получены следующие основные результаты: 1. Синтез объёмных термоэлектрических материалов из порошков Ge и Si методом электроимпульсного плазменного спекания. Преимуществом системы Ge-Si является её простота – Ge и Si образуют непрерывный ряд твёрдых растворов, это позволяет избежать сложностей в интерпретации режимов спекания, связанных с фазовыми переходами и образованием новых соединений. Таким образом, при решении первой задачи была установлена взаимосвязь между режимами спекания, структурой и свойствами термоэлектриков, что использовалось для спекания структур на основе силицида марганца. 1.1. Разработано два режима спекания: - режим без расплавления материала, который обеспечивает сохранение нанометровых размеров зерна, но перемешивание Ge и Si частиц порошка затруднено; - режим с расплавлением материала, при котором возможно получение высокой однородности твёрдого раствора GeSi(x), но, в то же время, формируется новая поликристаллическая структура со значительно большим размером зерна (порядка 100 мкм). Управление размером зёрен возможно за счёт варьирования длительности спекания в первом случае и за счёт модификации режимов охлаждения во втором случае. 1.2. Разработан новый метод получения легированных GeSi(x) материалов за счёт использования исходных материалов с заданным уровнем легирования. «Стандартной» методикой легирования считается метод введения порошка примеси в Ge-Si порошок в процессе спекания. Разработана методика оценки степени перемешивания атомов Ge и Si в твёрдом растворе за счёт разнотипного легирования исходных Ge и Si материалов. В отсутствие перемешивания проводимость определяется материалом с большей массовой долей (в нашем случае Si), при наличии эффективного перемешивания - материалом с более высокой концентрацией примеси (в нашем случае Ge). 1.3. Показано, что основным фактором, управляющим термоэлектрическими свойствами, в частности, коэффициентом ZT (в пределах порядков величины), является легирование материала. Другие технологические модификации (в т.ч. формирование зёренной структуры) меняют значение ZT в значительно меньшей степени (в пределах десятков процентов). 2. Синтез объёмных термоэлектрических материалов из порошков Mn и Si методом электроимпульсного плазменного спекания. Применение данного метода для получения соединений силицида марганца находится на передовом уровне научной новизны [5], а предварительные результаты показывают возможности повышения коэффициента ZT по сравнению с кристаллическими материалами. 2.1. Произведено сопоставление режимов спекания из порошков нанометровых размеров и субмикронных порошков, полученных методом механоактивации. Установлено, что при спекании нанопорошков происходит низкотемпературная твердофазная реакция с образованием двухфазного материала: одна из фаз - моносилицид марганца, вторая фаза – оксиды кремния и марганца. При спекании субмикронных порошков появления фазы MnSi не зарегистрировано. 2.2. Разработана методика очистки порошков субмикронных размеров от оксидов кремния и марганца. Предварительная очистка порошков позволяет получать более однородные термоэлектрические материалы с лучшими свойствами. Для очистки нанопорошков требуется разработка дополнительной технологической операции. 2.3. Показано, что формирование фазы моносилицида марганца, так же, как и отсутствие предварительной очистки порошков от оксидов, существенным образом сказывается на термоэлектрических коэффициентах. В частности, в материале, прошедшем предварительную очистку и не содержащем MnSi-фазы, на два порядка повышен коэффициент термоэлектрической добротности по сравнению с неочищенными материалами и материалами с MnSi фазой. 2.4. Разработана лабораторная технология получения GeSi(x) и MnSi(y) термоэлектриков методом электроимпульсного плазменного спекания, представляющая собой последовательность операций механоактивации, химической чистки материала, загрузки порошков, спекания в различных режимах. 3. Формирование плёночных термоэлектриков на основе сверхрешёток, состоящих из большого количества чередующихся слоёв [Ge/GeSi] и [Si/GeSi], осаждённых на диэлектрическую или полупроводниковую подложки. Структуры формировались методом поочерёдного распыления мишеней импульсным лазером с последующим осаждением на поверхность подложек. В качестве мишеней использованы материалы, синтезированные на предыдущей стадии, что позволяет с высокой точностью управлять составом GeSi твёрдого раствора (низкая точность задания состава – одна из проблем «классического» метода ИЛО). 3.1. Получено, что в сверхрешётках [Si/GeSi] с большим количеством слоёв и малым периодом существенно понижается значение коэффициента теплопроводности, по сравнению со структурами с большим периодом, а также по сравнению с литературными данными по коэффициенту теплопроводности плёночных GeSi материалов [6]. Эффект связывается с затруднённым переносом фононов через большое количество гетерограниц Si/GeSi. 4. Формирование плёночных термоэлектриков на основе сверхрешёток, состоящих из большого количества чередующихся слоёв [Si/MnSi(y)], осаждённых на диэлектрическую или полупроводниковую подложки. Согласно ряду публикаций [7,8], плёнки MnSi(y) могут обладать ферромагнитными свойствами при комнатной температуре. Это открывает возможности для дополнительного повышения коэффициентов Зеебека и ZT, основанные на использовании аномального эффекта Нернста-Эттинсгаузена (Н-Э) [9]. Указанный эффект заключается в повышении (для ряда материалов) коэффициента Зеебека при намагничивании структуры. В немагнитных материалах данный эффект пропадает при снятии внешнего магнитного поля, поэтому возможностей его применения в термоэлектриках нет. В ферромагнитных материалах Н-Э эффект может быть получен и при отключении магнитного поля – за счёт остаточной намагниченности ферромагнетика. В качестве мишеней для получения MnSi(y) использованы материалы, синтезированные на предыдущей стадии, что позволяет с высокой точностью управлять составом MnSi твёрдого раствора. 4.1. Показана возможность получения ферромагнитных MnSi(y) плёнок за счёт управления составом и режимами осаждения. Ферромагнетизм связывается с формированием двухфазных систем, содержащих фазу соединения силицида марганца (высший силицид марганца, моносилицид марганца или Mn5Si3) и фазу кремния, легированного марганцем. 4.2. Показана возможность получения аномального эффекта Нернста-Эттинсгаузена в ферромагнитных MnSi(y) слоях, эффект заключается в появлении дополнительной ЭДС на краях структуры при введении её в магнитное поле. За счёт остаточной намагниченности материала ЭДС сохраняется и при снятии магнитного поля. 4.3. Исследованы термоэлектрические свойства тонкоплёночных материалов на основе силицида марганца. Получено, что в силу того, что материал является двухфазным, для него характерно низкое значение фононной составляющей коэффициента теплопроводности. Величина коэффициента ZT определяется удельной электропроводностью материала, значение которой зависит от фазового состава. 4.4. Разработана лабораторная технология получения плёночных GeSi(x) и MnSi(y) термоэлектриков методом импульсного лазерного осаждения, представляющая собой последовательность операций подготовки подложек и мишеней, загрузки образцов в вакуумную камеру и проведение процесса осаждения при распылении мишеней импульсным лазером в различных режимах. [1] Z.-G. Chena, G. Hana, L. Yanga, et.al. // Prog. Natural Science: Materials International. - 2012. - V.22, n.6. - P.535-549. [2] Tokita M. Spark Plasma Sintering (SPS) Method, Systems, and Applications (Chapter 11.2.3). In Handbook of Advanced Ceramics (Second Ed.). Academic Press. 2013. P. 1149-1177. [3] L.D. Ivanova. A.A. Baikov. J. of Thermoelectricity. 3, 60 (2009). [4] X. W. Wang, et.al. Appl. Phys. Lett. 93, 193121 (2008). [5] S. Muthiah, R.C. Singh, B.D. Pathak, et.al. Nanoscale. 10(4), 1970 (2017). [6] C.-K. Liu, C.-K. Yu, H.-C. Chien, et.al. J. Appl. Phys. 104, 114301 (2008). [7] T.T. Lan Anh, Y.E. Ihm, D. Kim, et.al. Thin Solid Films 518, 309 (2009). [8] V.N. Men’shov, V.V. Tugushev, S. Caprara, E.V. Chulkov. Phys. Rev. B 83, 035201 (2011). [9] M. Ikhlas, T. Tomita, T. Koretsune, et.al. Nature Physics. 13,1085 (2017).

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В рамках второго этапа проекта решались следующие задачи: - Технологическая оптимизация объёмных структур и тонких плёнок Ge(x)Si(1-x), MnSi(y) для повышения термоэлектрических коэффициентов. Работы по оптимизации включали повышение уровня легирования, повышение однородности по составу, снижение размера частиц. - Экспериментальное исследование и выявление взаимосвязей между технологией получения, особенностями спекания, параметрами наноразмерной структуры (зёренной или многослойной) и термоэлектрическими характеристиками. С этой целью, с одной стороны, проводились теоретические и экспериментальные исследования процессов спекания порошков и их структуры в зависимости от технологических условий, а с другой – выполнялось дальнейшее изучение влияния структуры материала на его термоэлектрические свойства. В указанной логике были выполнены следующие работы и получены следующие результаты: 1) Разработана и экспериментально проверена методика предварительной подготовки порошков перед проведением процесса электроимпульсного плазменного спекания, обеспечивающая более точный контроль состава в спечённом материале. Методика включает в себя подготовку исходных порошков с различными вариантами химической обработки. 2) Исследованы процессы электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС) порошковых материалов на основе Ge-Si, установлены механизмы спекания, изучено влияние структуры и фазового состава материалов на термоэлектрические характеристики. В ходе экспериментов по спеканию варьировались: - Размер частиц и однородность по размерам исходного порошка; - Концентрация дополнительной (в дополнение к примесям в исходном материале) донорной или акцепторной примеси; - Скорость разогрева при спекании; - Высокотемпературный отжиг образцов. Варьировались время и режимы отжига высокотемпературной выдержки образцов. Показано, что исходные порошки для спекания смеси Ge-Si, получаемые методом размалывания (Раздел 1.3, п.1.2.1), представляют собой несвязанные частицы Ge, Si и примеси с высокой дисперсией по размерам, средний размер которых зависит от выбранных режимов размола. Установлена взаимосвязь между условиями спекания (температура спекания, время спекания), структурными свойствами и термоэлектрическими коэффициентами материалов на основе Ge-Si. Как структурные исследования, так и исследование термоэлектрических свойств показали, что основным фактором, обусловливающим свойства спечённой термоэлектрической Ge-Si:Sb структуры, является диффузионное растворение материалов в процессе спекания. На начальных стадиях спекания термоэлектрические характеристики зависят от степени диффузионного растворения Ge, Si и атомов примеси и чем выше степень растворения, тем выше термоэлектрические характеристики (в том числе, коэффициент ZT). Повышение температуры приводит к экспоненциальному повышению коэффициента диффузии, т.е. процессы диффузионного перемешивания при повышении температуры спекания ускоряются. Определены режимы спекания, обеспечивающие наибольшие значения термоэлектрических коэффициентов, в том числе, коэффициента термоэлектрической добротности ZT. Выбранный режим спекания заключается в повышении температуры до начальной стадии расплавления, что обеспечивает эффективное спекание частиц и диффузионное перемешивание твёрдого раствора, но при это сохраняется наноразмерная зёренная структура материала. Исследовано влияние введения в исходный порошок частиц Sb на термоэлектрические свойства материалов. Показано, что при превышении пороговой концентрации Sb в исходном порошке (около 1 ат.%) в процессе спекания происходит образование кластеров Sb, что значительно повышает удельное сопротивление образцов по сравнению с легированным до меньшей концентрации материалом без кластеров. При концентрации Sb вблизи 0,5 ат.% зарегистрировано значительное повышение термоэлектрических характеристик по сравнению с нелегированными материалами, что позволило получить материал с наибольшим из серии исследованных образцов значением коэффициента ZT. Исследована зависимость структуры и свойств термоэлектрических материалов от размеров частиц исходного порошка. Показано, что уменьшение среднего размера частиц ниже 500 нм позволяет ускорить процессы диффузионного перемешивания материалов, что проявляется в повышении однородности распределения элементов по объёму. 3) Выполнена модификация технологического процесса ЭИПС для получения термоэлектрического материала на основе MnSi(y), изучено влияния размера частиц порошка на процессы образования фазы MnSi в спекаемом материале. Выполнено варьирование состава исходного порошка для получения материала с наилучшими характеристиками. Показано, что повышение содержания Si в исходном порошке (относительно значения MnSi(1,7)) предотвращает твердофазную реакцию при спекании, приводящую к образованию фазы моносилицида марганца (наличие подобной твердофазной химической реакции выявлено на предыдущем этапе проекта). Установлено, что процессы усадки при разогреве порошка с составом в пределах MnSi(1,75-2) определяются реакцией с образованием высшего силицида марганца. Таким образом, в отличие от термоэлектрических материалов на основе GeSi, основным процессом при спекании порошков Mn и Si является твердофазная реакция с образованием силицидов марганца. Исследовано влияние давления пресса на процесс спекания силицида марганца. Показано, что давление пресса оказывает влияние на усадку порошков, но не влияет на твердотельную реакцию и образование фаз силицида марганца. Показано, что наибольшие значения термоэлектрических параметров характерны для однородных по составу материалов, соответствующих высшему силициду марганца. 4) Проведено комплексное исследование свойств плёночных термоэлектриков (сверхрешёток), сформированных методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО) при распылении материалов, синтезированных электроимпульсным плазменным спеканием. Получена зависимость термоэлектрических свойств сформированных сверхрешёток MnSi(y)/Ge и MnSi(y)/Si, а также двухфазных структур, содержащих наноразмерные включения фазы Si:Mn в плёнках силицидов марганца от технологических параметров формирования в методе импульсного лазерного осаждения. Для осаждения тонких слоёв силицида марганца методом ИЛО использована твердотельная мишень, синтезированная методом ЭИПС. Показано, что использование такой мишени позволяет повысить однородность состава по поверхности плёнки. Это обусловливает повышение термоэлектрических параметров, в частности, повышение коэффициента ZT по сравнению с плёнками, полученными методом поочерёдного распыления мишеней Si и Mn. Исследован аномальный эффект Нернста-Эттингсгаузена в структурах MnSi(y) с неоднородным по поверхности составом. Показано наличие дополнительной термоэдс во внешнем магнитном поле при намагничивании плёнки MnSi(y). Термоэдс появляется в намагниченном материале и может вносить аддитивный вклад вместе с термоэдс, обусловленной эффектом Зеебека. 1.5) Выполнены работы по совершенствованию технологии получения плёночных термоэлектрических материалов на основе сверхрешёток слоёв германия. Выполнено сопоставление термоэлектрических свойств сверхрешёток MnSi(y)/Ge и MnSi(y)/Si, а также сравнение со свойствами однородных плёнок высшего силицида марганца. Получено, что использование сверхрешёток типа MnSi(y)/Ge по сравнению с другими видами тонкоплёночных структур позволяет существенно понизить коэффициент теплопроводности плёнок без значительного изменения остальных термоэлектрических параметров. Снижение, по-видимому, связано с особенностями процессов теплопереноса по гетероструктуре типа MnSi(y)/Ge. Таким образом, получено повышение коэффициента ZT для плёнок до величины 0,17 при 400 С, что является наибольшим значением среди исследованных плёночных структур и сопоставимо с мировыми аналогами. 5) Выполнен анализ влияния параметров нано- и микроструктуры спеченных материалов (фазовый состав (общий, локальный границ зерен), характер пространственного распределения, размер и объемная доля пор, гистограмма распределения зерен по размерам, структурно-фазовое состояние границ зерен и межфазных границ) на их термоэлектрические свойства. Показаны пути оптимизации формируемых материалов для повышения коэффициента ZT. 6) Выполнены сравнительный анализ и сопоставление результатов, разработка моделей, описывающих взаимосвязь термоэлектрических свойств, вида наноструктур и их параметров, а также технологических параметров их формирования (с применением программных пакетов WIEN2k и LAMMPS). 6.1) С помощью программного пакета LAMMPS проведена оценка взаимной диффузии Si и Ge в процессе спекания. В рамках одномерной модели получены условия для эффективной взаимной диффузии компонентов. 6.2) С помощью программного пакета WIEN2k проведена первая итерация расчёта из первых принципов термоэлектрических свойств твёрдого раствора Ge-Si в зависимости от состава и уровня легирования. 7) Оформлен ноу-хау по созданию плёночных термоэлектриков на основе высшего силицида марганца с повышенными значениями добротности (приказ по ННГУ им. Лобачевского №207ОД от 25.04.2019).

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Задачей текущего этапа являлось уточнение физических механизмов электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС) порошков Ge-Si (Mn-Si) и влияния режимов спекания на поликристаллическую наноразмерную структуру и термоэлектрические свойства. Другой задачей являлась оптимизация термоэлектрических характеристик формируемых материалов, которая осуществлялась на основании анализа экспериментальных результатов и путём модификации технологических параметров электроимпульсного плазменного спекания (для формирования объёмных материалов) или импульсного лазерного осаждения (для формирования тонкоплёночных термоэлектриков). 1. Выполнен анализ физических процессов, протекающих в ходе электроимпульсного плазменного спекания порошков Ge-Si с примесью атомов Sb или In. 1.1. Уточнены механизмы усадки при электроимпульсном плазменном спекании порошковых смесей Ge (35-q ат. %)-Si (65 ат.%)-Sb(q ат.%) и Ge (35-q ат. %)-Si (65 ат.%)-In(q ат.%). Установлены режимы спекания, обеспечивающие наибольшие усадку и перемешивание материалов. Получено, что основным механизмом усадки Ge-Si в выбранных режимах спекания является перемещение наноразмерных частиц в присутствии жидкой фазы Ge-Si с высоким содержанием германия, а также взаимная диффузия атомов Ge и Si. Оба механизма действуют на высокотемпературных стадиях спекания. Наличие примесей Sb и In в смеси порошков Ge-Si приводит к появлению жидкой фазы при пониженных температурах, что обеспечивает снижение температуры, при которой начинается интенсивная усадка порошка. 1.2. Определены параметры лабораторной технологии электроимпульсного плазменного спекания, обеспечивающие управление термоэлектрическими свойствами создаваемых материалов. Основным фактором, обеспечивающим эффективное перемешивание и формирование наноструктурированного твёрдого раствора Ge-Si, является максимальная температура спекания. Температура должна обеспечивать одновременное нахождение материала в двух фазах: твердая фаза обеспечивает формирование зёренной структуры, жидкая фаза – эффективное легирование и перемешивание материалов. При этом размер зёрен в поликристаллической структуре соответствует размеру частиц исходного порошка. 1.3. Исследована зависимость зёренной структуры, фазового состава и термоэлектрических свойств от режимов формирования в методе электроимпульсного плазменного спекания, включающих ступенчатые режимы разогрева пресс-формы и варьирование скорости разогрева. Получено, что термоэлектрические характеристики образцов, сформированных в «стандартных» режимах спекания (известных из литературы [1-3]) не превышают характеристик материалов, сформированных в режимах, разработанных в рамках проекта. При этом указанные режимы отличаются более высокой производительностью (за счёт сокращения времени подготовки порошка и исключения промежуточных стадий расплавления материала). 2. Выполнен анализ процесса встраивания примеси Sb и In в ходе спекания порошка Ge-Si. - Рассмотрены механизмы легирования порошков Ge-Si атомами донорной (Sb) и акцепторной (In) примеси в процесс электроимпульсного плазменного спекания. Установлено, что встраивание атомов примеси в положение легирования Ge-Si в режиме электроимпульсного плазменного спекания носит пороговый характер. При концентрации примеси выше порога в материале формируются металлические кластеры, ухудшающие термоэлектрические свойства. Для оптимизированных значений концентрации получены лабораторные образцы термоэлектрических материалов, для которых характерны значения коэффициента термоэлектрической добротности равные ZT=0,52 при температуре 450 С, что сопоставимо с мировыми аналогами GeSi:P [1-3]. 3. Исследована зависимость термоэлектрических свойств Ge-Si от размеров зерна исходного порошка. Показана возможность уменьшения коэффициента теплопроводности путём уменьшения размера частиц исходного порошка. 4. Сформированы образцы термоэлектрических материалов путём электроимпульсного плазменного спекания порошков, состоящих из твёрдых растворов Ge-Si, полученных размалыванием предварительно спечённого материала. Указанные структуры использовались для сравнения результатов. На основании сравнения было показано, что выбранный нами метод формирования материала из смеси порошков позволяет получать сопоставимые по термоэлектрическим характеристикам результаты по сравнению с материалом, полученным «классическим» методом предварительного расплавления и последующего размола и спекания [1-3]. 5 Сформированы образцы термоэлектрических структур на основе соединений высшего силицида марганца, в том числе структуры, легированные атомами Al и Ge. Исследованы термоэлектрические характеристики сформированных структур. Установлено, что в рамках выполнения второго этапа проекта не был учтён технологический фактор, оказывающий ключевое влияние на физические процессы усадки порошка и припекания частиц. Таковым фактором является скорость разогрева пресс-формы. На основании полученных результатов были уточнены механизмы спекания порошка Mn-Si. При низких температурах основным механизмом является твердофазная реакция с образованием соединения MnSi(1,73). При повышенных температурах в режиме изотермической выдержки основным механизмом спекания является диффузия по поверхности зёрен. Основным техническим результатом является нахождение зависимости термоэлектрических характеристик от параметров технологического процесса электроимпульсного плазменного спекания, что открывает новые способы управления свойствами материала за счёт варьирования скорости спекания и времени высокотемпературной выдержки. Оптимизация указанных параметров позволила повысить в 2 раза значение коэффициента ZT по сравнению с результатами предыдущего этапа. 6. Сформирован функциональный материал, представляющий собой наночастицы кремния в матрице SiO2. Материал сформирован путём спекания окисленных нанопоршков Si. Показана возможность получения сравнительно высокой интенсивности фотолюминесценции и управления спектром за счёт варьирования размеров наночастиц Si. Описание данного результата приведено в статье, опубликованной в журнале RSC Advances. 7. Сформированы лабораторные образцы сверхрешёток MnSi(y)/Ge, MnSi(y)/Si, MnSi(y)/Ge(x)Si(1-x) методом импульсного лазерного осаждения, с применением мишеней MnSi(y) иGe(x)Si(1-x), полученных электроимпульсным плазменным спеканием. Показано, что многослойные плёночные структуры вида MnSi(y)/А (А=Ge, Si, GeSi) являются неоднородными, а неоднородности определяют термоэлектрические характеристики формируемых материалов. Получено, что дальнейшее совершенствование технологии получения плёночных термоэлектриков должно быть связано с выбором подходящих подложек для осаждения плёночных структур. 8. Исследована возможность получения термоэлектрических плёнок на основе соединений высшего силицида марганца на подложках слюды. Показана возможность получения термоэлектрических плёнок на основе соединений высшего силицида марганца на подложках слюды и сформированы лабораторные образцы таких структур. Показано, что за счёт малой толщины самой плёнки и подложки перенос тепла между «горячим» и «холодным» концами термоэлектрика значительно затруднён, что и обусловливает высокие значения итогового коэффициента термоэлектрической добротности. 9. Сформированы лабораторные образцы плёночных структур на основе сплавов Fe-Mn-C, характеризующиеся повышенными значениями термоэдс, связанной с аномальным эффектом Нернста-Эттингсгаузена. Установлена взаимосвязь технологии получения тонких плёнок методом импульсного лазерного осаждения и направлением магнитной анизотропии (оси лёгкого намагничивания) формируемых плёнок. Указанный результат представляется важным для задания необходимой геометрии термоэлектрического преобразователя. Результаты исследования приведены в методическом пособии [4], а также в серии работ, представленных во всероссийских и международных конференциях. 10. Построена модель взаимной диффузии германия и кремния для одномерной системы двух тонких пластин. Для условий, использованных при спекании методом ЭИПС (температура, давление, время воздействия), рассчитаны диффузионные профили Ge и Si и выполнено сопоставление с реальными профилями, измеренными для пластин Ge и Si, подвергнутых спеканию. Получено удовлетворительное согласие выполненных расчётов с экспериментальными результатами. Детали приведены в статье «Molecular dynamics studies of spark plasma sintering fabrication of Ge-Si based thermoelectric material», направленной для публикации в журнал AIP Advances. 11. Выполнены расчёты термоэлектрических характеристик в системе твёрдого раствора Ge-Si, в том числе при легировании материалов атомами сурьмы. Методами первопринципных расчётов получены зависимости коэффициента Зеебека от концентрации вводимой примеси Sb. Результаты расчёта хорошо согласуются с экспериментальными данными по измерению коэффициента Зеебека в структурах Ge-Si:Sb. 12. Выполнен анализ полученных в рамках проекта результатов. Установлены параметры технологических процессов электроимпульсного плазменного спекания и импульсного лазерного осаждения, обеспечивающие управление термоэлектрическими свойствами [1] Патент CN 108258110 A, кл. H01L35/22, H01L35/34, опубл. 06.07.2018 [2] Патент CN 101736172 B, кл. C22C1/04, B22F9/04, B22F3/105, опубл. 03.08.2011 [3] Патент RU 2533624C1, кл. B22F3/23, H01L35/20, опубл. 20.11.2014 [4] http://www.lib.unn.ru/students/src/TM_GM_praktikum.pdf