PbTe - 熱電材料 熱容量と熱伝導率

はじめに

熱電材料は廃熱利用のための有望な材料である。その例としては、自動車の排気熱を変換することによる電気エネルギーの生成や、発電所で使用される冷却装置からの生成が挙げられる。考慮すべき重要な物理的特性は、いわゆるゼーベック係数(S)と熱伝導率δ)である。このような材料の効率を表すのが、よく知られたメリット係数(Z)である:

ZT = (S2 λ-1)

である。

σ= 密度
T = 温度

この式から、Z値が高い材料はゼーベック効果が高く、熱伝導率が低いという結論が得られる。

PbTeは、中程度のゼーベック係数と比較的低い熱伝導率を持つため、このような用途の潜在的な候補である。

PbTeとサファイアのDSC測定による熱容量グラフ。
1) PbTeの熱容量(比熱容量(cp)熱容量は材料固有の物理量であり、試験片に供給される熱量をその結果生じる温度上昇で割ることによって決定される。比熱容量は、試料の単位質量に関連している。cp)値

結果と考察

PbTe試料の比熱は、NETZSCH 。 DSC 204 F1 Phoenix®を用い、室温から 300℃の温度範囲で比熱を測定した。

図1にPbTe試料の比熱容量(cp)熱容量は材料固有の物理量であり、試験片に供給される熱量をその結果生じる温度上昇で割ることによって決定される。比熱容量は、試料の単位質量に関連している。cp曲線を示す。比熱値は0.15 J/(g*K)から0.16 J/(g*K)の範囲にあり、この材料としては一般的である。

PbTeの熱拡散率は、NETZSCH LFA 457 MicroFlash® を用いて測定しました。熱伝導率は、以下の式を適用することで計算できる:

λ(T) = a(T) ∙比熱容量(cp)熱容量は材料固有の物理量であり、試験片に供給される熱量をその結果生じる温度上昇で割ることによって決定される。比熱容量は、試料の単位質量に関連している。cp(T) ∙ ρ(T)

である。

比熱容量(cp)熱容量は材料固有の物理量であり、試験片に供給される熱量をその結果生じる温度上昇で割ることによって決定される。比熱容量は、試料の単位質量に関連している。cp= 比熱
ρ = 密度
λ = 熱拡散率

図2に熱拡散率、比熱、熱伝導率の曲線を示す。

PbTeの熱伝導率、拡散率、比熱曲線を温度に対してプロットし、材料特性を強調したもの。
2) PbTeの熱伝導率、熱拡散率、比熱曲線

概要

PbTeの熱拡散率と比熱は、それぞれLFAとDSC装置を用いて測定した。熱伝導率は、熱電材料の効率を評価する上で非常に重要な物性値であり、このデータと材料の密度を用いて計算した。PbTeは、他の半導体材料で通常観察されるように、温度の上昇とともに熱伝導率が低下することが予想された。

AI Overview
An error occurred. Please try again.