PbTe - Un matériau thermoélectrique Capacité thermique et conductivité thermique

Introduction

Les substances thermoélectriques sont des matériaux prometteurs pour la récupération de la chaleur perdue. On peut citer comme exemple la production d'énergie électrique par la conversion de la chaleur des gaz d'échappement des automobiles ou des dispositifs de refroidissement utilisés dans les centrales électriques. Les propriétés physiques importantes à prendre en compte sont le Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck (S) et la conductivité thermique δ). La figure de mérite bien connue (Z) décrit l'efficacité de ces matériaux :

ZT = (^{S2 λ-1})

avec

σ= densité
T = température

La formule permet de conclure que pour une valeur Z élevée, le matériau doit avoir un effet Seebeck élevé et une faible conductivité thermique.

Le PbTe est un candidat potentiel pour de telles applications car il a un Coefficient SeebeckLe coefficient Seebeck est le rapport entre la tension thermoélectrique induite et la différence de température entre deux points d'un conducteur électrique.coefficient Seebeck modéré et une conductivité thermique relativement faible

Résultats et discussion

La chaleur spécifique des échantillons de PbTe a été mesurée à l'aide de l'appareil NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® dans la plage de température de RT à 300°C en utilisant la méthode du ratio.

La figure 1 illustre la courbe _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} de l'échantillon de PbTe. Les valeurs de chaleur spécifique sont comprises entre 0,15 J/(g*K) et 0,16 J/(g*K), ce qui est typique pour ce matériau.

La diffusivité thermique du PbTe a été mesurée à l'aide du LFA 457 NETZSCH MicroFlash^® . La conductivité thermique peut être calculée en appliquant la formule suivante :

λ(T) = a(T) ∙ _{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp}(T) ∙ ρ(T)

avec

_{Capacité thermique spécifique (cp)La capacité thermique est une grandeur physique spécifique au matériau, déterminée par la quantité de chaleur fournie à l'échantillon, divisée par l'augmentation de température qui en résulte. La capacité thermique spécifique est liée à une unité de masse de l'échantillon.cp} = chaleur spécifique
ρ = densité
λ = diffusivité thermique

La figure 2 montre les courbes de diffusivité thermique, de chaleur spécifique et de conductivité thermique.

Résumé

La diffusivité thermique et la chaleur spécifique du PbTe ont été mesurées à l'aide d'instruments LFA et DSC, respectivement. La conductivité thermique, qui est une propriété physique très importante pour l'évaluation de l'efficacité des matériaux thermoélectriques, a été calculée en utilisant ces données ainsi que la densité du matériau. Le PbTe a montré la diminution attendue de la conductivité thermique avec l'augmentation de la température, comme cela est normalement observé pour d'autres matériaux semi-conducteurs.