PbTe - een thermo-elektrisch materiaal Warmtecapaciteit en warmtegeleidingsvermogen

Inleiding

Thermo-elektrische stoffen zijn veelbelovende materialen voor het oogsten van afvalwarmte. Voorbeelden hiervan zijn het opwekken van elektrische energie door de warmte van de uitlaatgassen van auto's om te zetten, of van koelapparaten die in elektriciteitscentrales worden gebruikt. Belangrijke fysische eigenschappen om rekening mee te houden zijn de zogenaamde Seebeckcoëfficiënt (S) en Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid δ). Het bekende getal van verdienste (Z) beschrijft het rendement van dergelijke materialen:

ZT = (^{S2 λ-1})

met

σ= DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid
T = temperatuur

Uit de formule kan worden geconcludeerd dat voor een hoge Z-waarde het materiaal een hoog Seebeck-effect en een lage warmtegeleidingswaarde moet hebben.

PbTe is een potentiële kandidaat voor dergelijke toepassingen, omdat het een matige Seebeckcoëfficiënt en een relatief lage warmtegeleiding heeft

Resultaten en discussie

De soortelijke warmte van PbTe-monsters werd gemeten met de NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® in het temperatuurbereik van RT tot 300 °C met behulp van de verhoudingsmethode.

Figuur 1 toont de _{Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp-curve} van het PbTe-monster. De waarden van de soortelijke warmte liggen in het bereik van 0,15 J/(g*K) tot 0,16 J/(g*K), wat typisch is voor dit materiaal.

De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie van PbTe werd gemeten met de NETZSCH LFA 457 MicroFlash^®. De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid kan berekend worden door de volgende formule toe te passen:

λ(T) = a(T) ∙ _{Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp}(T) ∙ ρ(T)

met

_{Specifieke warmtecapaciteit (cp)Warmtecapaciteit is een materiaalspecifieke fysische grootheid, bepaald door de hoeveelheid warmte die aan een proefstuk wordt toegevoerd, gedeeld door de resulterende temperatuurstijging. De specifieke warmtecapaciteit is gerelateerd aan een massa-eenheid van het proefstuk.cp} = soortelijke warmte
ρ = DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid
λ = warmtegeleidingscoëfficiënt

Figuur 2 toont de krommen van de Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie, de soortelijke warmte en de Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid.

Samenvatting

De Thermische diffusieThermische diffusie (a met de eenheid mm2/s) is een materiaalspecifieke eigenschap voor het karakteriseren van onstabiele warmtegeleiding. Deze waarde beschrijft hoe snel een materiaal reageert op een verandering in temperatuur.thermische diffusie en de soortelijke warmte van PbTe werden gemeten met respectievelijk LFA- en DSC-instrumenten. De Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid, een zeer belangrijke fysische eigenschap voor de evaluatie van de efficiëntie van thermo-elektrische materialen, werd berekend aan de hand van deze gegevens samen met de DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid van het materiaal. Het PbTe vertoonde de verwachte afname in Thermische geleidbaarheidThermische geleidbaarheid (λ met de eenheid W/(m-K)) beschrijft het transport van energie - in de vorm van warmte - door een massa-lichaam als gevolg van een temperatuurgradiënt (zie fig. 1). Volgens de tweede wet van de thermodynamica stroomt warmte altijd in de richting van de lagere temperatuur.thermische geleidbaarheid met toenemende temperatuur, zoals normaal gesproken wordt waargenomen bij andere halfgeleidende materialen.