Úvod
Termoelektrické látky jsou slibnými materiály pro získávání odpadního tepla. Příkladem může být výroba elektrické energie přeměnou tepla z automobilových výfuků nebo z chladicích zařízení používaných v elektrárnách. Důležité fyzikální vlastnosti, které je třeba vzít v úvahu, jsou takzvaný Seebeckův koeficientSeebeckův koeficient je poměr indukovaného termoelektrického napětí a rozdílu teplot mezi dvěma body na elektrickém vodiči.Seebeckův koeficient (S) a Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost δ). Známé číslo prospěšnosti (Z) popisuje účinnost takových materiálů:
ZT = (S2 λ-1)
přičemž
σ = HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota
T = teplota
Ze vzorce lze vyvodit, že pro vysokou hodnotu Z by měl mít materiál vysoký Seebeckův efekt a nízkou hodnotu tepelné vodivosti.
PbTe je potenciálním kandidátem pro takové aplikace, protože má střední Seebeckův koeficientSeebeckův koeficient je poměr indukovaného termoelektrického napětí a rozdílu teplot mezi dvěma body na elektrickém vodiči.Seebeckův koeficient a relativně nízkou tepelnou vodivost
Výsledky a diskuse
Měrné teplo vzorků PbTe bylo měřeno pomocí přístroje NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® v teplotním rozsahu od RT do 300 °C poměrovou metodou.
Na obr. 1 je znázorněna Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp křivka vzorku PbTe. Hodnoty měrného tepla se pohybují v rozmezí 0,15 J/(g*K) až 0,16 J/(g*K), což je pro tento materiál typické.
Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita PbTe byla měřena pomocí přístroje NETZSCH LFA 457 MicroFlash®. Tepelnou vodivost lze vypočítat podle následujícího vzorce:
přičemž
Měrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp = měrné teplo
ρ = HustotaHmotnostní hustota je definována jako poměr mezi hmotností a objemem. hustota
λ = Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.tepelná difuzivita
Na obrázku 2 jsou znázorněny křivky tepelné difuzivity, měrného tepla a tepelné vodivosti.
Souhrn
Tepelná difuzivitaTepelná difuzivita (a s jednotkou mm2/s) je specifická vlastnost materiálu, která charakterizuje nestacionární vedení tepla. Tato hodnota popisuje, jak rychle materiál reaguje na změnu teploty.Tepelná difuzivita a měrné teplo PbTe byly měřeny pomocí přístrojů LFA a DSC. Na základě těchto údajů a hustoty materiálu byla vypočtena Tepelná vodivostTepelná vodivost (λ s jednotkou W/(m-K)) popisuje přenos energie - ve formě tepla - hmotným tělesem v důsledku teplotního gradientu (viz obr. 1). Podle druhého termodynamického zákona teplo vždy proudí ve směru nižší teploty.tepelná vodivost, která je velmi důležitou fyzikální vlastností pro hodnocení účinnosti termoelektrických materiálů. PbTe vykazoval očekávaný pokles tepelné vodivosti s rostoucí teplotou, jak je běžně pozorováno u jiných polovodičových materiálů.