Introduzione
Le sostanze termoelettriche sono materiali promettenti per la raccolta del calore residuo. Esempi di questo tipo sono la generazione di energia elettrica convertendo il calore dei gas di scarico delle automobili o dei dispositivi di raffreddamento utilizzati nelle centrali elettriche. Importanti proprietà fisiche da considerare sono il cosiddetto Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck (S) e la Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica δ). La nota figura di merito (Z) descrive l'efficienza di tali materiali:
ZT = (S2 λ-1)
con
σ= densità
T = temperatura
Dalla formula, si può concludere che per un alto valore di Z, il materiale deve avere un elevato effetto Seebeck e un basso valore di conducibilità termica.
Il PbTe è un potenziale candidato per queste applicazioni, poiché ha un Coefficiente di SeebeckIl coefficiente di Seebeck è il rapporto tra la tensione termoelettrica indotta e la differenza di temperatura tra due punti di un conduttore elettrico.coefficiente di Seebeck moderato e una conducibilità termica relativamente bassa
Risultati e discussione
NETZSCH Il calore specifico dei campioni di PbTe è stato misurato con il DSC 204 F1 Phoenix® nell'intervallo di temperatura compreso tra RT e 300°C utilizzando il metodo del rapporto.
La Figura 1 mostra la curva Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp del campione di PbTe. I valori di calore specifico sono compresi tra 0,15 J/(g*K) e 0,16 J/(g*K), tipici per questo materiale.
La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica del PbTe è stata misurata con lo strumento NETZSCH LFA 457 MicroFlash®. La Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica può essere calcolata applicando la seguente formula:
con
Capacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione.cp = calore specifico
ρ = densità
λ = Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica
La Figura 2 mostra le curve di Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica, calore specifico e conducibilità termica.
Sintesi
La Diffusività termicaLa diffusività termica (a con unità di misura mm2/s) è una proprietà specifica del materiale per caratterizzare la conduzione termica instabile. Questo valore descrive la velocità con cui un materiale reagisce a una variazione di temperatura.diffusività termica e il calore specifico del PbTe sono stati misurati rispettivamente con strumentazione LFA e DSC. La Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica, che è una proprietà fisica molto importante per la valutazione dell'efficienza dei materiali termoelettrici, è stata calcolata utilizzando questi dati insieme alla densità del materiale. Il PbTe ha mostrato la prevista diminuzione della Conduttività termicaLa conducibilità termica (λ con unità di misura W/(m-K)) descrive il trasporto di energia - sotto forma di calore - attraverso un corpo di massa come risultato di un gradiente di temperatura (vedi fig. 1). Secondo la seconda legge della termodinamica, il calore fluisce sempre nella direzione della temperatura più bassa.conduttività termica con l'aumentare della temperatura, come normalmente osservato per altri materiali semiconduttori.