ГОСТ Р 8.1013—2022
5к—относительное отклонение значений коэффициента теплопроводности, рассчитан
ных по аппроксимационным уравнениям, от экспериментальных данных, %;
Ак— неисключенная систематическая погрешность методики измерения теплопроводно
сти, Вт ■м-1 • К-1.
4 Общие положения
4.1 Твердые растворы 1_а2Те3—La3Te4 принадлежат к числу высокотемпературных термоэлектри
ческих материалов, имеющих высокую термоэлектрическую эффективность и способных длительное
время работать при температурах до 1273 К, не изменяя своих свойств [1]—[11]. Ввиду этого возмож но
их использование в термоэлектрических генераторах (ТЭГ), преобразующих тепловую энергию в
электрическую при высоких температурах. ТЭГ используются при электроснабжении объектов, уда
ленных от линий электропередач, и принципиальные преимущества ТЭГ перед другими источниками
электропитания состоят в их длительном сроке эксплуатации без специального обслуживания, высокой
надежности, стабильности параметров, высокой удельной мощности. Одна из областей, где термоэлек
тричество является ключевой технологией, — это производство энергии для дальнего космоса. Для
этого используют радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), в которых применяются
термоэлектрические материалы для преобразования тепла распадающегося радиоизотопного топлива
в электричество, используемое для питания приборов космических кораблей. РИТЭГ являются основ
ными источниками питания на космических аппаратах, сильно удаляющихся от Солнца, где использо
вание солнечных батарей неэффективно или невозможно. Радиоизотопные РИТЭГ, кроме этого, приме
няются в навигационных маяках, метеостанциях, работающих в труднодоступных местах и в условиях
Крайнего Севера, на морских буях и подводных установках, где они питают аппаратуру приборных от
секов. Термоэлектрические материалы, применяемые в РИТЭГ (традиционно сплавы редкоземельных
элементов (РЗЭ) Si — Ge, РЬТе, или Те — Ад — Ge — Sb), продемонстрировали долгосрочную надеж
ность непрерывной работы более 40 лет [12, 13]. Однако они демонстрируют невысокий КПД преобра
зования тепловой энергии в электрическую, примерно 6,5 %. Применение в РИТЭГ термоэлектрических
материалов из системы твердых растворов 1_а2Те3—La3Te4 (n-ветвь) и Yb^MnSb^ (р-ветвь), которые
работают при температуре горячего спая — 1275 К и холодного спая — 473 К, позволяет повысить
эффективность устройств до 10 % — 15 % [14]—[16]. Показано [17], что даже после 20 лет работы в
условиях облучения от плутониевого источника тепла в соединениях 1_а2Те3—La3Te4 нет заметного сни
жения термоэлектрической эффективности. Появление высокотемпературных высокоэффективных
термоэлектрических материалов на основе твердых растворов 1_а2Те3—La3Te4 (n-ветвь) и Yb^MnSb^
(р-ветвь) стимулировало разработку солнечных термоэлектрогенераторов (СТЭГ), в которых высокая
температура горячих спаев (до 1273 К) достигается оптической концентрацией солнечного излучения
[18], [19]. При использовании данных материалов и температурах горячей и холодной рабочих поверх
ностей 1273 К и 373 К, соответственно, возможно повышение эффективности этих термоэлектрических
устройств до 15 %.
4.2 В настоящем стандарте приведены основные параметры, применяемые при расчетах. Осталь
ные параметры приведены в [1].
Твердые растворы системы 1_а2Те3—La3Te4 получены методом синтеза из простых веществ [20].
В качестве исходных материалов использовался электронно-лучевой лантан нулевого сорта и теллур,
дважды возогнанный в вакууме и очищенный затем зонной плавкой. Содержание примесей в
лантане по результатам спектрального анализа (в ат. %) приведено в таблице 1.
Таблица 1— Содержание примесей в лантане
La, ат. %
Другие РЗЭ,
ат. %
Са, ат. %
Си, ат. %
Fe, ат. %
Та, Мо, ат. %
Другие
примеси, ат. %
99,79
0,02
0,03
0,05
0,01
0,01
0,09
Для получения определенного состава твердого раствора LaTex лантан и теллур применяют в со
ответствующих этому составу весовых пропорциях.
Расчет массовых процентов проводится следующим образом. Если в слитке состава LaTe134
содержится
N
атомов La, то атомов Те в нем будет 1,34
N.
Атомная масса лантана 138,91 а.е.м.,
а теллура — 127,60 а.е.м. В слитке с
N
атомами лантана их масса будет 138,91 •
N
а.е.м., а мас-
2