Introdução
Para aplicações termoelétricas, diferentes materiais, como telureto de bismuto, telureto de plumbífero e skutterudita, são cada vez mais empregados. Para um uso econômico, por exemplo, em automóveis ou usinas de energia térmica, é necessária uma alta eficiência dos sistemas termoelétricos. Isso é indicado pela chamada fi gura de mérito (ZT). Juntamente com um alto Coeficiente SeebeckO coeficiente Seebeck é a razão entre a tensão termoelétrica induzida e a diferença de temperatura entre dois pontos em um condutor elétrico.coeficiente Seebeck e uma alta Condutividade elétrica (SBA)A condutividade elétrica é uma propriedade física que indica a capacidade de um material de permitir o transporte de uma carga elétrica.condutividade elétrica, também é necessária uma baixa Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica. O objetivo das investigações é reduzir a contribuição fonônica e aumentar a contribuição eletrônica da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica. Isso pode, por exemplo, ser realizado por meio de dopagem ou estabelecimento de condições estruturais (dispersão de fônons direcionada).
Experimental
As medições de Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica foram realizadas com o LFA 457 MicroFlash® (figura 1) em amostras em forma de disco com espessura de 2 a 3 mm e diâmetro de 12,6 mm. As superfícies frontais das amostras eram planas e paralelas.
Resultados e discussão
A figura 2 mostra a capacidade térmica específica, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica e a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do Bi0,5Sb1,5Te3 (P-38). O calor específico mostra apenas um pequeno aumento com o aumento da temperatura. A Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica diminui na faixa de baixa temperatura com o aumento da temperatura e aumenta consideravelmente em temperaturas mais altas. Em baixas temperaturas, isso corresponde ao comportamento de um mero condutor fonônico com a conhecida dependência 1/T [1]. Em temperaturas mais altas, predomina a contribuição dos elétrons/buracos livres, que se formam cada vez mais em um material semicondutor com o aumento da temperatura. A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica segue essa tendência devido à dependência da baixa temperatura da capacidade térmica específica.
A Figura 3 mostra a comparação da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica das camadas condutoras p e n P-38 (Bi0,5Sb1,5Te3) e N38 (Bi2Se0,2Te2,8). A -150°C, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica de ambos os materiais é aproximadamente a mesma. Até a temperatura ambiente, a diminuição da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do N-38 é menor em comparação com o P-38. Provavelmente, há uma redução mais forte na contribuição fonônica da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica do P-38.
O aumento da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica em temperaturas mais altas é aproximadamente o mesmo para ambos os materiais. Portanto, pode-se concluir que o valor da contribuição do elétron/buraco é o mesmo para ambos os materiais. Em ambos os casos, foi determinada uma condutividade térmica comparativamente baixa. O forte aumento em temperaturas mais altas pode se referir a uma alta Condutividade elétrica (SBA)A condutividade elétrica é uma propriedade física que indica a capacidade de um material de permitir o transporte de uma carga elétrica.condutividade elétrica, pressupondo uma alta figura de mérito (ZT) para esses materiais.
Resumo
Um sistema de flash a laser foi usado para a investigação das propriedades termofísicas de diferentes materiais termoelétricos. Foi possível demonstrar que o método de flash a laser é adequado para a otimização de materiais termoelétricos (baixa condutividade de rede e altos valores de ZT) e para a determinação direta da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, da capacidade de calor específica e da condutividade térmica. Por meio do LFA 457 MicroFlash®, é possível tirar conclusões sobre a estrutura e a composição ideais dos materiais termoelétricos.