مقدمة
المواد الكهروحرارية هي مواد واعدة لحصاد الحرارة المهدرة. ومن الأمثلة على ذلك توليد الطاقة الكهربائية عن طريق تحويل حرارة عوادم السيارات، أو من أجهزة التبريد المستخدمة في محطات توليد الطاقة. ومن الخصائص الفيزيائية المهمة التي يجب مراعاتها ما يسمى بمعامل سيبيك (S) والتوصيل الحراري δ). يصف رقم الجدارة المعروف (Z) كفاءة هذه المواد:
ZT = (S2 λ-1)
مع
σ= الكثافة
T = درجة الحرارة
من الصيغة، يمكن استنتاج أنه بالنسبة لقيمة Z عالية، يجب أن يكون للمادة تأثير سيبيك مرتفع وقيمة توصيل حراري منخفضة.
ويُعد PbTe مرشحًا محتملًا لمثل هذه التطبيقات حيث إن له معامل سيبيك معتدل وموصلية حرارية منخفضة نسبيًا
النتائج والمناقشة
قِيست الحرارة النوعية لعينات PbTe باستخدام جهاز NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® في نطاق درجة الحرارة من RT إلى 300 درجة مئوية باستخدام طريقة النسبة.
يصور الشكل 1 منحنى الحرارة النوعية لعينة PbTe. وتتراوح قيم الحرارة النوعية في نطاق 0.15 جول/(g*K) إلى 0.16 جول/(g*K) وهو ما يعد نموذجيًا لهذه المادة.
تم قياس الانتشار الحراري لمادة PbTe باستخدام جهاز NETZSCH LFA 457 MicroFlash®. يمكن حساب الموصلية الحرارية بتطبيق المعادلة التالية:
λ(T) = a(T) ∙ cp(T) ∙ ρ(T)
مع
cp = الحرارة النوعية
ρ = الكثافة
λ = الانتشار الحراري
يوضح الشكل 2 منحنيات الانتشار الحراري والحرارة النوعية والتوصيل الحراري.
الملخص
تم قياس الانتشار الحراري والحرارة النوعية لمادة PbTe باستخدام أجهزة LFA وDSC، على التوالي. تم حساب الموصلية الحرارية، وهي خاصية فيزيائية مهمة جدًا لتقييم كفاءة المواد الكهروحرارية، باستخدام هذه البيانات إلى جانب كثافة المادة. وأظهر PbTe الانخفاض المتوقع في الموصلية الحرارية مع زيادة درجة الحرارة كما هو ملاحظ عادةً في المواد شبه الموصلة الأخرى.