PbTe - un material termoelectric Capacitate termică și conductivitate termică

Introducere

Substanțele termoelectrice sunt materiale promițătoare pentru captarea căldurii reziduale. Exemple în acest sens ar fi generarea de energie electrică prin conversia căldurii din gazele de eșapament ale automobilelor sau din dispozitivele de răcire utilizate în centralele electrice. Proprietățile fizice importante de luat în considerare sunt așa-numitul coeficient Seebeck (S) și conductivitatea termică δ). Binecunoscuta cifră de merit (Z) descrie eficiența unor astfel de materiale:

ZT = (^{S2 λ-1})

cu

σ= densitatea
T = temperatura

Din formulă, se poate concluziona că, pentru o valoare Z ridicată, materialul trebuie să aibă un efect Seebeck ridicat și o valoare scăzută a conductivității termice.

PbTe este un candidat potențial pentru astfel de aplicații, deoarece are un coeficient Seebeck moderat și o conductivitate termică relativ scăzută

Rezultate și discuții

Căldura specifică a probelor de PbTe a fost măsurată cu NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix^® în intervalul de temperatură de la RT la 300°C utilizând metoda raportului.

Figura 1 prezintă curba _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp} a probei de PbTe. Valorile căldurii specifice sunt cuprinse între 0,15 J/(g*K) și 0,16 J/(g*K), ceea ce este tipic pentru acest material.

Difuzivitatea termică a PbTe a fost măsurată cu NETZSCH LFA 457 MicroFlash^®. Conductivitatea termică poate fi calculată prin aplicarea următoarei formule:

λ(T) = a(T) ∙ _{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp}(T) ∙ ρ(T)

cu

_{Capacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp} = căldură specifică
ρ = DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate
λ = difuzivitate termică

Figura 2 prezintă curbele difuzivității termice, căldurii specifice și conductivității termice.

Rezumat

Difuzivitatea termică și căldura specifică ale PbTe au fost măsurate cu ajutorul instrumentelor LFA și, respectiv, DSC. Conductivitatea termică, care este o proprietate fizică foarte importantă pentru evaluarea eficienței materialelor termoelectrice, a fost calculată utilizând aceste date împreună cu densitatea materialului. PbTe a prezentat scăderea așteptată a conductivității termice odată cu creșterea temperaturii, așa cum se observă în mod normal pentru alte materiale semiconductoare.