Introducción
Para las aplicaciones termoeléctricas se emplean cada vez más materiales como el telururo de bismuto, el telururo de plomo y la skutterudita. Para un uso económico, por ejemplo, en automóviles o centrales térmicas, se requiere una alta efi cacia de los sistemas termoeléctricos. Así lo indica la llamada fi gura de mérito (ZT). Además de un alto Coeficiente SeebeckEl coeficiente Seebeck es la relación entre la tensión termoeléctrica inducida y la diferencia de temperatura entre dos puntos de un conductor eléctrico.coeficiente Seebeck y una alta Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica, también se requiere una baja Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. El objetivo de las investigaciones es reducir la contribución fonónica y aumentar la contribución electrónica de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Esto puede conseguirse, por ejemplo, mediante el dopaje o el establecimiento de condiciones estructurales (dispersión de fonones dirigida).
Experimental
Las mediciones de Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica se realizaron con el LFA 457 MicroFlash® (figura 1) en muestras en forma de disco con un espesor de 2 a 3 mm y un diámetro de 12,6 mm. Las superficies frontales de las muestras eran planoparalelas.
Resultados y debate
En la figura 2 se muestran la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica, la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica y la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de Bi0,5Sb1,5Te3 (P-38). El calor específico sólo muestra un ligero aumento al aumentar la temperatura. La Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica disminuye en el rango de bajas temperaturas con el aumento de la temperatura y aumenta fuertemente a temperaturas más altas. A bajas temperaturas, esto corresponde al comportamiento de un mero conductor fonónico con la conocida dependencia 1/T [1]. A temperaturas más altas, domina la contribución de los electrones/agujeros libres que se forman cada vez más en un material semiconductor con el aumento de la temperatura. La Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica sigue esta tendencia debido a la baja dependencia de la temperatura de la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica.
La figura 3 muestra la comparación de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de las capas conductoras p y n P-38 (Bi0,5Sb1,5Te3) y N38 (Bi2Se0,2Te2,8). A -150°C, la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de ambos materiales es aproximadamente la misma. Hasta la temperatura ambiente, la disminución de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica del N-38 es menor en comparación con la del P-38. Es probable que la contribución fonónica a la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica del P-38 disminuya en mayor medida.
El aumento de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica a temperaturas más altas es aproximadamente el mismo para ambos materiales. Por lo tanto, se puede concluir que la cantidad de la contribución electrón/hueco es la misma para ambos materiales. En ambos casos, se determinó una conductividad térmica comparativamente baja. El fuerte aumento a temperaturas más altas podría referirse a una elevada Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica, suponiendo una elevada figura de mérito (ZT) para estos materiales.
Resumen
Se utilizó un sistema de flash láser para la investigación de las propiedades termofísicas de diferentes materiales termoeléctricos. Se pudo demostrar que el método de flash láser es muy adecuado para la optimización de materiales termoeléctricos (baja conductividad de red y altos valores ZT) y la determinación directa de la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica, la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica y la conductividad térmica. Mediante el LFA 457 MicroFlash® pueden extraerse conclusiones sobre la estructura y composición óptimas de los materiales termoeléctricos.