열전재료 및 그 제조방법

열전 재료에는 화학 화합물 및 금속 합금이 포함되며 다소 뚜렷합니다. 열전 특성.

얻은 열 EMF의 값, 녹는점, 기계적 특성 및 전기 전도도에 따라 이러한 재료는 산업에서 열을 전기로 변환, 열전 냉각의 세 가지 목적으로 사용됩니다. (전류를 흘릴 때의 열 전달) 및 온도 측정(고온 측정법). 대부분은 황화물, 탄화물, 산화물, 인화물, 셀렌화물 및 텔루르화물입니다.

그래서 열전 냉장고에서 그들이 사용하는 비스무트 텔루라이드... 실리콘 카바이드는 온도 및 c 측정에 더 적합합니다. 열전 발전기(TEG) 비스무트 텔루라이드, 게르마늄 텔루라이드, 안티몬 텔루라이드, 납 텔루라이드, 가돌리늄 셀레나이드, 안티몬 셀레나이드, 비스무트 셀레나이드, 사마륨 모노설파이드, 마그네슘 실리사이드 및 마그네슘 주석이 유용한 것으로 밝혀졌습니다.

이러한 재료의 유용한 특성은 다음을 기반으로 합니다. 두 가지 효과 — Seebeck 및 Peltier… Seebeck 효과는 서로 다른 온도에 있는 접점 사이의 직렬 연결된 서로 다른 와이어의 끝에서 열 EMF의 출현으로 구성됩니다.

Peltier 효과는 Seebeck 효과와 반대이며 전류가 한 전도체에서 다른 전도체의 접점(접합점)을 통과할 때 열 에너지가 전달되는 것으로 구성됩니다.

어느 정도 이러한 효과는 두 가지 열전 현상의 원인은 캐리어 흐름의 열 평형 교란과 관련이 있습니다.

다음으로 가장 인기 있고 수요가 많은 열전 재료 중 하나인 비스무트 텔루라이드를 살펴보겠습니다.

작동 온도 범위가 300K 미만인 재료는 일반적으로 저온 열전 재료로 분류됩니다. 이러한 물질의 놀라운 예는 단순히 텔루르화 비스무트 Bi2Te3입니다. 이를 바탕으로 특성이 다른 많은 열전 화합물이 얻어집니다.

비스무트 텔루라이드는 3차 대칭 축에 직각인 5중주 층 세트를 포함하는 능면체 결정 구조를 가지고 있습니다.

Bi-Te 화학 결합은 공유 결합으로 가정하고 Te-Te 결합은 Waanderwal입니다. 특정 유형의 전도도(전자 또는 정공)를 얻기 위해 과량의 비스무트, 텔루륨을 출발 물질에 도입하거나 물질을 비소, 주석, 안티몬 또는 납(억셉터) 또는 도너와 같은 불순물과 합금합니다. CuBr , Bi2Te3CuI, B, AgI .

불순물은 높은 이방성 확산을 제공하며, 분열면 방향의 속도는 액체의 확산 속도에 도달합니다.온도 구배와 전기장의 영향으로 비스무트 텔루라이드에서 불순물 이온의 움직임이 관찰됩니다.

단결정을 얻기 위해서는 방향성 결정화(Bridgeman)법, Czochralski법 또는 존멜팅법으로 성장시킨다. 텔루르화 비스무트를 기반으로 하는 합금은 결정 성장의 현저한 이방성을 특징으로 합니다. 벽개 평면을 따른 성장 속도는 이 평면에 수직인 방향의 성장 속도를 상당히 초과합니다.

열전대는 압착, 압출 또는 연속 주조로 생산되는 반면 열전 필름은 전통적으로 진공 증착으로 생산됩니다. 비스무트 텔루라이드의 상 다이어그램은 다음과 같습니다.

온도가 높을수록 내부 전도성이 영향을 미치기 때문에 합금의 열전 값이 낮아지므로 500-600K 이상의 고온에서는 단순히 금지 구역의 너비가 작기 때문에이 영광을 사용할 수 없습니다.

아주 높지 않은 온도에서도 Z의 열전 값이 최대가 되기 위해서는 불순물 농도가 더 작아지도록 가능한 한 합금화가 이루어지며 이는 낮은 전기 전도도를 보장합니다.

단결정 성장 과정에서 농도의 과냉각(열전 값 감소)을 방지하기 위해 상당한 온도 구배(최대 250K/cm)와 낮은 결정 성장 속도(약 0.07mm/min)가 사용됩니다.

비스무트와 결정화 시 안티몬과 비스무트의 합금은 2면체 부등변체에 속하는 마름모꼴 격자를 제공합니다.비스무트의 단위 셀은 모서리 길이가 4.74옹스트롬인 마름모꼴 모양입니다.

이러한 격자의 원자는 이중층으로 배열되어 있으며 각 원자는 이중층에 3개의 이웃이 있고 인접한 층에 3개가 있습니다. 결합은 이중층 내에서 공유결합하고, 층 사이의 반 데르 발스 결합은 생성된 재료의 물리적 특성에 날카로운 이방성을 초래합니다.

Bismuth 단결정은 구역별 재결정화, Bridgman 및 Czochralski 방법으로 쉽게 성장됩니다. 비스무트가 포함된 안티몬은 일련의 연속적인 고용체를 제공합니다.

비스무트-안티몬 합금 단결정은 고상선과 액상선의 현저한 차이로 인한 기술적 특징을 고려하여 성장됩니다. 따라서 용융물은 결정화 전면에서 과냉각 상태로의 전이로 인해 모자이크 구조를 제공할 수 있습니다.

저체온증을 방지하기 위해 그들은 약 20K / cm의 큰 온도 구배와 0.3mm / h 이하의 낮은 성장률에 의존합니다.

비스무트의 현재 캐리어 스펙트럼의 특징은 전도대와 원자가대가 매우 가깝다는 것입니다. 또한 스펙트럼 매개변수의 변화는 압력, 자기장, 불순물, 온도 변화 및 합금 자체의 조성에 의해 영향을 받습니다.

이러한 방식으로 재료의 전류 캐리어 스펙트럼 매개변수를 제어할 수 있으므로 최적의 특성과 최대 열전 값을 가진 재료를 얻을 수 있습니다.

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