PbTe - materiał termoelektryczny Pojemność cieplna i przewodność cieplna

Wprowadzenie

Substancje termoelektryczne są obiecującymi materiałami do pozyskiwania ciepła odpadowego. Przykładem może być wytwarzanie energii elektrycznej poprzez konwersję ciepła spalin samochodowych lub z urządzeń chłodzących stosowanych w elektrowniach. Ważnymi właściwościami fizycznymi, które należy wziąć pod uwagę, są tak zwany Współczynnik SeebeckaWspółczynnik Seebecka to stosunek indukowanego napięcia termoelektrycznego do różnicy temperatur między dwoma punktami przewodnika elektrycznego.współczynnik Seebecka (S) i Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.przewodność cieplna δ). Dobrze znana liczba zalet (Z) opisuje wydajność takich materiałów:

ZT = (^{S2 λ-1})

z

σ= gęstość
T = temperatura

Ze wzoru można wywnioskować, że dla wysokiej wartości Z materiał powinien mieć wysoki efekt Seebecka i niską wartość przewodności cieplnej.

PbTe jest potencjalnym kandydatem do takich zastosowań, ponieważ ma umiarkowany Współczynnik SeebeckaWspółczynnik Seebecka to stosunek indukowanego napięcia termoelektrycznego do różnicy temperatur między dwoma punktami przewodnika elektrycznego.współczynnik Seebecka i stosunkowo niską przewodność cieplną

Wyniki i dyskusja

Ciepło właściwe próbek PbTe zmierzono za pomocą urządzenia NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® w zakresie temperatur od RT do 300°C, stosując metodę stosunkową.

Rysunek 1 przedstawia krzywą _{Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp} próbki PbTe. Wartości ciepła właściwego mieszczą się w zakresie od 0,15 J/(g*K) do 0,16 J/(g*K), co jest typowe dla tego materiału.

Dyfuzyjność cieplna PbTe została zmierzona za pomocą urządzenia NETZSCH LFA 457 MicroFlash^®. Przewodność cieplną można obliczyć stosując następujący wzór:

λ(T) = a(T) ∙ _{Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp}(T) ∙ ρ(T)

przy czym

_{Pojemność cieplna właściwa (cp)Pojemność cieplna jest wielkością fizyczną specyficzną dla materiału, określoną przez ilość ciepła dostarczonego do próbki, podzieloną przez wynikający z tego wzrost temperatury. Pojemność cieplna właściwa jest związana z jednostką masy próbki.cp} = ciepło właściwe
ρ = gęstość
λ = dyfuzyjność cieplna

Rysunek 2 przedstawia krzywe dyfuzyjności cieplnej, ciepła właściwego i przewodności cieplnej.

Podsumowanie

Dyfuzyjność cieplna i ciepło właściwe PbTe zostały zmierzone odpowiednio za pomocą oprzyrządowania LFA i DSC. Przewodność cieplnaPrzewodność cieplna (λ z jednostką W/(m-K)) opisuje transport energii - w postaci ciepła - przez ciało o masie w wyniku gradientu temperatury (patrz rys. 1). Zgodnie z drugą zasadą termodynamiki, ciepło zawsze przepływa w kierunku niższej temperatury.Przewodność cieplna, która jest bardzo ważną właściwością fizyczną do oceny wydajności materiałów termoelektrycznych, została obliczona na podstawie tych danych wraz z gęstością materiału. PbTe wykazał oczekiwany spadek przewodności cieplnej wraz ze wzrostem temperatury, co zwykle obserwuje się w przypadku innych materiałów półprzewodnikowych.