Introduktion
Termoelektriske stoffer er lovende materialer til udnyttelse af spildvarme. Eksempler på dette kunne være generering af elektrisk energi ved at omdanne varmen fra bilers udstødning eller fra køleapparater, der bruges i kraftværker. Vigtige fysiske egenskaber er den såkaldte Seebeck-koefficientSeebeck-koefficienten er forholdet mellem den inducerede termoelektriske spænding og temperaturforskellen mellem to punkter på en elektrisk leder.Seebeck-koefficient (S) 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 δ). Den velkendte værdi (Z) beskriver effektiviteten af sådanne materialer:
ZT = (S2 λ-1)
med
σ= TæthedMassefylden er defineret som forholdet mellem masse og volumen. tæthed
T = temperatur
Ud fra formlen kan det konkluderes, at for en høj Z-værdi skal materialet have en høj Seebeck-effekt og en lav varmeledningsværdi.
PbTe er en potentiel kandidat til sådanne anvendelser, da det har en moderat Seebeck-koefficientSeebeck-koefficienten er forholdet mellem den inducerede termoelektriske spænding og temperaturforskellen mellem to punkter på en elektrisk leder.Seebeck-koefficient og en relativt 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
Resultater og diskussion
Den specifikke varme for PbTe-prøver blev målt med NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® i temperaturområdet fra RT til 300 °C ved hjælp af forholdsmetoden.
Figur 1 viser Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp-kurven for PbTe-prøven. De specifikke varmeværdier ligger i området 0,15 J/(g*K) til 0,16 J/(g*K), hvilket er typisk for dette materiale.
Den termiske diffusivitet af PbTe blev målt med NETZSCH LFA 457 MicroFlash®. Varmeledningsevnen kan beregnes ved at anvende følgende formel:
med
Specifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp = specifik varme
ρ = densitet
λ = Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheden mm2/s) er en materialespecifik egenskab til karakterisering af ustabil varmeledning. Denne værdi beskriver, hvor hurtigt et materiale reagerer på en temperaturændring.termisk diffusivitet
Figur 2 viser kurverne for varmediffusivitet, specifik varme 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.
Sammenfatning
Den termiske diffusivitet og den specifikke varme for PbTe blev målt med henholdsvis LFA- og DSC-instrumentering. Varmeledningsevnen, som er en meget vigtig fysisk egenskab til evaluering af effektiviteten af termoelektriske materialer, blev beregnet ved hjælp af disse data sammen med materialets massefylde. PbTe viste det forventede fald 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 med stigende temperatur, som normalt observeres for andre halvledende materialer.