Εισαγωγή
Οι θερμοηλεκτρικές ουσίες είναι πολλά υποσχόμενα υλικά για τη συγκομιδή της απορριπτόμενης θερμότητας. Παραδείγματα αυτού θα ήταν η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη μετατροπή της θερμότητας των καυσαερίων των αυτοκινήτων ή από συσκευές ψύξης που χρησιμοποιούνται σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Σημαντικές φυσικές ιδιότητες που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι ο λεγόμενος συντελεστής Seebeck (S) και η θερμική αγωγιμότητα δ). Ο γνωστός συντελεστής αξίας (Ζ) περιγράφει την απόδοση τέτοιων υλικών:
ZT = (S2 λ-1)
με
σ= πυκνότητα
T = θερμοκρασία
Από τον τύπο μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι για μια υψηλή τιμή Z, το υλικό θα πρέπει να έχει υψηλό συντελεστή Seebeck και χαμηλή τιμή θερμικής αγωγιμότητας.
Το PbTe είναι ένας πιθανός υποψήφιος για τέτοιες εφαρμογές, καθώς έχει μέτριο συντελεστή Seebeck και σχετικά χαμηλή θερμική αγωγιμότητα
Αποτελέσματα και συζήτηση
Η ειδική θερμότητα των δειγμάτων PbTe μετρήθηκε με το NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® στο εύρος θερμοκρασιών από RT έως 300°C με τη μέθοδο της αναλογίας.
Στο σχήμα 1 απεικονίζεται η καμπύλη Ειδική θερμοχωρητικότητα (cp)Η θερμοχωρητικότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος ειδικό για κάθε υλικό, το οποίο καθορίζεται από την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο δείγμα, διαιρούμενη με την προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας. Η ειδική θερμοχωρητικότητα σχετίζεται με τη μονάδα μάζας του δείγματος.cp του δείγματος PbTe. Οι τιμές της ειδικής θερμότητας κυμαίνονται μεταξύ 0,15 J/(g*K) και 0,16 J/(g*K), οι οποίες είναι τυπικές για το υλικό αυτό.
Η θερμική διαχυτότητα του PbTe μετρήθηκε με το NETZSCH LFA 457 MicroFlash®. Η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να υπολογιστεί με την εφαρμογή του ακόλουθου τύπου:
με
Ειδική θερμοχωρητικότητα (cp)Η θερμοχωρητικότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος ειδικό για κάθε υλικό, το οποίο καθορίζεται από την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο δείγμα, διαιρούμενη με την προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας. Η ειδική θερμοχωρητικότητα σχετίζεται με τη μονάδα μάζας του δείγματος.cp = ειδική θερμότητα
ρ = πυκνότητα
λ = θερμική διάχυση
Στο σχήμα 2 παρουσιάζονται οι καμπύλες της θερμικής διάχυσης, της ειδικής θερμότητας και της θερμικής αγωγιμότητας.
Περίληψη
Η θερμική διαχυτότητα και η ειδική θερμότητα του PbTe μετρήθηκαν με όργανα LFA και DSC, αντίστοιχα. Η θερμική αγωγιμότητα, η οποία είναι μια πολύ σημαντική φυσική ιδιότητα για την αξιολόγηση της απόδοσης των θερμοηλεκτρικών υλικών, υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας αυτά τα δεδομένα μαζί με την πυκνότητα του υλικού. Το PbTe παρουσίασε την αναμενόμενη μείωση της θερμικής αγωγιμότητας με την αύξηση της θερμοκρασίας, όπως συνήθως παρατηρείται για άλλα ημιαγώγιμα υλικά.