Introduktion
Til termoelektriske anvendelser anvendes i stigende grad forskellige materialer som bismuth telluride, plumb telluride og skutterudite. Til økonomisk brug, f.eks. i biler eller termiske kraftværker, kræves der en høj effektivitet i de termoelektriske systemer. Dette indikeres af den såkaldte fi gure of merit (ZT). Sammen med en høj Seebeck-koefficientSeebeck-koefficienten er forholdet mellem den inducerede termoelektriske spænding og temperaturforskellen mellem to punkter på en elektrisk leder.Seebeck-koefficient og høj Elektrisk ledningsevne (SBA)Elektrisk ledningsevne er en fysisk egenskab, der angiver et materiales evne til at tillade transport af en elektrisk ladning.elektrisk ledningsevne kræves der også en lav Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne. Målet med undersøgelserne er at reducere det fononiske bidrag og øge det elektroniske bidrag til varmeledningsevnen. Dette kan f.eks. realiseres ved hjælp af doping eller etablering af strukturelle forhold (målrettet fononspredning).
Eksperimentel
Målingerne af Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne blev udført med LFA 457 MicroFlash® (figur 1) på skiveformede prøver med en tykkelse på 2 til 3 mm og en diameter på 12,6 mm. Prøvernes forreste overflader var planparallelle.
Resultater og diskussion
Figur 2 viser den specifikke varmekapacitet, varmediffusivitet og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne for Bi0,5Sb1,5Te3 (P-38). Den specifikke varme viser kun en lille stigning med stigende temperatur. Den termiske diffusivitet falder i lavtemperaturområdet med stigende temperatur og stiger kraftigt ved højere temperaturer. Ved lave temperaturer svarer dette til opførslen af en ren fononisk leder med den velkendte 1/T-afhængighed [1]. Ved højere temperaturer dominerer bidraget fra de frie elektroner/huller, som i stigende grad dannes i et halvledende materiale med stigende temperatur. Varmeledningsevnen følger denne tendens på grund af den specifikke varmekapacitets lave temperaturafhængighed.
Figur 3 viser en sammenligning af varmeledningsevnen for de p- og n-ledende lag P-38 (Bi0,5Sb1,5Te3) og N38 (Bi2Se0,2Te2,8). Ved -150 °C er varmeledningsevnen for begge materialer omtrent den samme. Op til stuetemperatur er faldet i Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne for N-38 lavere sammenlignet med P-38. Der er sandsynligvis et større fald i det fononiske bidrag til varmeledningsevnen for P-38.
Stigningen i Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne ved højere temperaturer er omtrent den samme for begge materialer. Det kan derfor konkluderes, at mængden af elektron/hul-bidraget er den samme for begge materialer. I begge tilfælde blev der bestemt en forholdsvis lav Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne. Den stærke stigning ved højere temperaturer kan henvise til en høj Elektrisk ledningsevne (SBA)Elektrisk ledningsevne er en fysisk egenskab, der angiver et materiales evne til at tillade transport af en elektrisk ladning.elektrisk ledningsevne, hvis man antager en høj ZT (figure of merit) for disse materialer.
Sammenfatning
Et laserblitzsystem blev brugt til at undersøge de termofysiske egenskaber af forskellige termoelektriske materialer. Det kunne påvises, at laserblitzmetoden er velegnet til optimering af termoelektriske materialer (lav gitterledningsevne og høje ZT-værdier) og direkte bestemmelse af den termiske diffusivitet, specifikke varmekapacitet og Termisk ledningsevneVarmeledningsevne (λ med enheden W/(m-K)) beskriver transporten af energi - i form af varme - gennem et masselegeme som følge af en temperaturgradient (se fig. 1). Ifølge termodynamikkens anden lov strømmer varmen altid i retning af den laveste temperatur.varmeledningsevne. Ved hjælp af LFA 457 MicroFlash® kan der drages konklusioner om den optimale struktur og sammensætning af termoelektriske materialer.