Bevezetés
Termoelektromos alkalmazásokhoz egyre gyakrabban alkalmaznak különböző anyagokat, például bizmut-telluridot, plumb-telluridot és skutteruditot. A gazdaságos felhasználáshoz, például gépjárművekben vagy hőerőművekben, a termoelektromos rendszerek nagy hatásfoka szükséges. Ezt jelzi az ún. érdemszám (ZT). A magas Seebeck-koefficiensA Seebeck-együttható az indukált termoelektromos feszültség és az elektromos vezető két pontja közötti hőmérsékletkülönbség hányadosa.Seebeck-koefficiens és a nagy Elektromos vezetőképesség (SBA)Az elektromos vezetőképesség egy olyan fizikai tulajdonság, amely az anyag azon képességét jelzi, hogy lehetővé teszi az elektromos töltés továbbítását.elektromos vezetőképesség mellett alacsony hővezetési tényezőre is szükség van. A vizsgálatok célja a fononikus hozzájárulás csökkentése és a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség elektronikus hozzájárulásának növelése. Ez megvalósítható például adalékolással vagy szerkezeti feltételek (célzott fononszórás) kialakításával.
Kísérleti
A hővezetési méréseket az LFA 457 MicroFlash® készülékkel végeztük (1. ábra) 2-3 mm vastagságú és 12,6 mm átmérőjű korong alakú mintákon. A minták elülső felületei síkpárhuzamosak voltak.
Eredmények és vita
A 2. ábrán a Bi0,5Sb1,5Te3 (P-38) fajlagos hőkapacitása, hővezető képessége és hővezető képessége látható. A fajhő csak kismértékű növekedést mutat a hőmérséklet növekedésével. A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség az alacsony hőmérséklettartományban csökken a hőmérséklet növekedésével, és a magasabb hőmérsékleten erősen növekszik. Alacsony hőmérsékleten ez megfelel egy egyszerű fononikus vezető viselkedésének, a jól ismert 1/T függőséggel [1]. Magasabb hőmérsékleteken a szabad elektronok/lyukak hozzájárulása dominál, amelyek egy félvezető anyagban a hőmérséklet növekedésével egyre inkább kialakulnak. A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség követi ezt a tendenciát a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás alacsony hőmérsékletfüggése miatt.
A 3. ábra a P-38 (Bi0,5Sb1,5Te3) és az N38 (Bi2Se0,2Te2,8) p- és n-vezető rétegek hővezetőképességének összehasonlítását mutatja. -150°C-on a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség mindkét anyag esetében közel azonos. Szobahőmérsékletig az N-38 Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének csökkenése kisebb a P-38-hoz képest. Valószínűleg a P-38 esetében a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség fononikus hozzájárulása erősebben csökken.
A Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség növekedése magasabb hőmérsékleten mindkét anyag esetében megközelítőleg azonos. Ebből arra lehet következtetni, hogy az elektron/lyuk hozzájárulás mértéke mindkét anyag esetében azonos. Mindkét esetben viszonylag alacsony hővezető képességet határoztak meg. A magasabb hőmérsékleten bekövetkező erős növekedés magas elektromos vezetőképességre utalhat, feltételezve ezen anyagok magas értékszámát (ZT).
Összefoglaló
A különböző termoelektromos anyagok termofizikai tulajdonságainak vizsgálatára lézervillogó rendszert használtak. Bizonyítható volt, hogy a lézervillantásos módszer jól alkalmazható a termoelektromos anyagok optimalizálására (alacsony rácsvezető képesség és magas ZT értékek), valamint a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség, a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás és a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség közvetlen meghatározására. Az LFA 457 MicroFlash® segítségével következtetéseket lehet levonni a termoelektromos anyagok optimális szerkezetére és összetételére vonatkozóan.