Аннотация результатов, полученных в 2024 году
SmS – уникальный материал, проявляющий термовольтаические и тензометрические свойства. Исследования во втором этапе гранта имели фундаментальный и прикладной характер. Синтезированы эталонные образцы: SmS, Sm3S4, α-Sm2S3, SmS1.9. Методом РЭМ с использованием энерго-дисперсионной спектрометрической приставки построен градуировочный график содержания самария и серы в исследуемых образцах. Точность определения состава равна ±0.02 по содержанию самария. Определены химические составы следующих фаз: γ -Sm2.00S2.98 равновесный состав отжига при 1250 °C; γ -Sm2.00S2.95 состав образца, полученного кристаллизацией расплава, созданного нагревом исходного α-Sm2S3; состав насыщенного твёрдого раствора металлического самария в SmS, равный 54 ат. % Sm. Детально определены условия синтеза образцов заданного состава твёрдого раствора SmS. Функциональная керамика SmS с градиентом концентрации ионов самария и серы получена при последовательном размещении в форме для прессования порошков SmS, твёрдого раствора SmS, последующего отжига образца при 1600 °C в атмосфере аргона. Вертикальный скол керамики представлен непрерывной фазой, в которой по данным энерго-дисперсионной спектрометрии имеется линейная зависимость градиента концентрации самария по высоте таблетки. Создана установка измерения термического вольтаического эффекта в условиях нагрева до 400 °C. Решены задачи механики установки, пружинных прижимных контактов, теплоизоляции, изготовления электронных плат, программного обеспечения. Проведены измерения термического вольтаического эффекта на образцах градиентной керамики фазы SmS. Впервые установлено проявление термовольтаического эффекта в интервале 130–300 °C, изменения полярности эффекта при изотермических выдержках, релаксация эффекта во времени. Определены области практического применения эффекта для преобразования циклических тепловых потоков в ЭДС. Проведена постановка задачи для разработки адекватной теории термического вольтаического эффекта. Построена фазовая диаграмма системы Sm – S. Протяженность твёрдого раствора SmS составляет 50-54 ат. % Sm. Солидус области расположен при температурах 1900–2120 °C. Заметной термической диссоциации образцов твёрдый растворов при 1600–1650 °C не зафиксировано. Для твёрдого раствора Sm3S4-Sm2S3 предложено новое положение солидуса и ликвидуса. Фаза α-Sm2S3 имеет стехиометрический состав до температуры полиморфного перехода α-Sm2S3→γ-Sm2S3-Х. Состав γ-фазы с повышением температуры обедняется серой и постоянно отклоняется от вертикали 60 ат. % S до состава γ -Sm2.00S2.95. Термическая диссоциация образцов данного состава не происходит. Полисульфиды самария образуют комплексы с Н2О, атмосферными газами, которые распадаются при 200–220 °C. Получены термогравиметрические зависимости распада полисульфидов, химический состав выделяющихся газов. Серии изделий с плёнками SmS производятся методами: а) магнетронного напыления, б) термического взрывного напыления. Установлено, что в магнетронном разряде SmS диссоциирует на химические элементы, закономерности распределения которых аппроксимированы угловыми эмпирическими уравнениями. Химический состав осаждаемых плёнок зависит от положения подложки и мишени. Термический взрывной метод переводит в пар частицы SmS. Разработана схема малогабаритной установки термического взрывного напыления. Выполнены чертежи схемы и ответственных деталей установки. Смоделированы условия создания градиентных плёнок SmS для изучения термического вольтаического эффекта на плёночных объектах. Получены керамические образцы твёрдого раствора SmS: n-типа (52 ат. % Sm), р-типа (50 % ат. Sm), а также при легировании SmS фазой Gd2S3. Подготовлен проспект на изделия из SmS, сульфидов самария. Заключен и выполняется договор на поставку порошка SmS фракция 100–150 микрон. А. А. Полковников подготовил кандидатскую диссертацию (6 глав, 110 рисунков, 38 таблиц, 162 источника), автореферат диссертации (имеет публикации в Scopus: Q1 – 1, Q2 – 3, Q4 – 1). Намечено заслушивание диссертации на семинаре кафедры и её последующее представление в Диссертационный совет 24.2.437.03 по специальности Физическая химия, Химические науки. Статья «Samarium monosulfide ceramics: preparation, properties, and applications» находится на рецензировании в «Journal of the European Ceramic Society». «Фазовая диаграмма системы Sm-S» направляется в журнал «Неорганическая химия». Ведётся работа ещё над тремя статьями. Подготовлена монография «Сульфиды, оксисульфиды самария, моносульфид самария» (198 стр.). Рукопись передана в издательство. О. В. Андреев с докладом «Керамические материалы на основе халькогенидов РЗЭ» выступил на симпозиуме XXII Менделеевского съезда. Намечены планы по дальнейшему изучению физико-химических основ и созданию термоэлектрогенератора на основе термовольтаического эффекта.