Термоэлектрические материалы и их технологии - Реферат

Национальный Исследовательский Технический Университет "МИСИС" Кафедра Технологии Материалов ЭлектроникиТермоэлектрические материалы - сплавы металлов или химические соединения, обладающие выраженными термоэлектрическими свойствами и применяемые в той или иной степени в современной промышленности. Термоэлектрическими свойствами обладают металлы и их соединения: оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды, фосфиды, карбиды и др. Термоэлектрические свойства обнаружены также у сплавов металлов, сплавов соединений. К настоящему времени исследовано большое количество термоэлектрических материалов, перспективных для практического использования как по термоэлектрической добротности, так и по рабочему интервалу температур. В основе применения термоэлектрических материалов и различных приборов с их использованием лежат термоэлектрические явления.Между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниками имеется взаимосвязь, которая обуславливает явления, называемые термоэлектрическими. Зеебек обнаружил в 1821 г., что в случае если спаи 1 и 2 разнородных металлов, образующих замкнутую цепь (рис. Изменение знака у разности температур спаев сопровождается изменением направления тока. Термоэлектродвижущая сила (термо - э.д.с.) обусловлена тремя причинами: 1) зависимостью уровня Ферми от температуры, 2) диффузией электронов (или дырок) и 3)увлечение электронов фононами. Это явление, открытое Пельтье в 1834 г., заключается в том, что при протекании тока через цепь, составленную из разнородных металлов или полупроводников, в одних спаях происходит выделение, а в других - поглощение тепла.В настоящее время в качестве термоэлектрического материала используются сплавы на основе Bi2Te3. Данные по этому материалу представлены на рис. Кристаллографическая структура теллурида висмута - ромбоэдрическая, структура представляется набором слоев - квинтетов, перпендикулярных оси симметрии третьего порядка. Электронный либо дырочный тип проводимости теллурида висмута получают или введением избыточного теллура, висмута, или легированием примесями. При повышенных температурах ZT сплавов Bi2Te3 убывает изза влияния собственной проводимости - малая ширина запрещенной зоны не позволяет использовать эти сплавы при температурах выше 500-600 К.Рабочий интервал температур ориентировочно 300-6000С для n-ветви в большинстве случаев используют соединения PBTE, для р-ветви - GETE. Кристаллизуется в кубическую решетку, класс симметрии (m3m), постоянная решетки a=6.50 ангстрем, элементарная ячейка - гранецентрированный куб, координационное число 6. Отличие состава расплава от состава твердой фазы приводит к образованию неоднородностей при кристаллизации. Стехиометрический состав PBTE может быть получен при избытке свинца (около 0,4 %) или путем создания избыточного давления паров летучего компонента. Обладает двумя модификациями кристаллической структуры: низкотемпературный ромбоэдрической с параметрами a=5,896 ангстрем и высокотемпературной ромбоэдрической с параметром а=5,992 ангстрем при 3900С со стороны теллура и а=6,02 ангстрем для стехиометрического состава.Разработка высокотемпературных материалов по сравнению со средне-и низкотемпературными встречает дополнительные трудности: кроме температурной стойкости материалы при большей ширине запрещенной зоны должны иметь высокую концентрацию носителей тока, что не всегда достигается введение легирующих добавок или отклонением от стехиометрического состава. Кроме того, легированием не всегда удается достигнуть высоких значений добротности в большом интервале температур. По этим и ряду других причин, несмотря на многочисленные исследования, широкое применение нашли только сплавы германия с кремнием. Кристаллическая решетка кубическая, постоянная решетки изменяется при изменении состава от 5,430 ангстрем для чистого кремния до 5,657 ангстрем для чистого германия, температура плавления изменяется от 1420 0С для кремния до 9570С для германия, ширина запрещенной зоны изменяется от 1,2 до 0,72 ЭВ. Полиморфизм SIC характеризуется большим количеством схожих кристаллических структур, называемых политипами.По сравнению с полупроводниковыми термоэлектрическими материалами металлические сплавы имеют существенно меньшую термоэлектрическую добротность, однако они обладают и преимуществами по механической прочности, по технологичности при изготовлении спаев и термобатарей, по удельной мощности, определяемой значением ?2?, по возможностям использования в широком интервале температур. Температурные зависимости удельного сопротивления и ТЕРМОЭДС для сплавов копель(МНМЦ43-0.5), хромель (НХ 9.5), алюмель(НМЦАК2-2-1),константан(МНМЦ40-1.5) представлены на рис.15.В настоящее время используется исследовано большое количество материалов, которые имеют термоэлектрические свойства, но не многие получили практическое применение изза малой термоэлектрической добротности и проблем связанных с их получением.

План

Введение. Обзор термоэлектрических материалов и их применение

1. Термоэлектрические явления

2. Приборы на основе термоэлектрических элементов

3. Низкотемпературные материалы

4. Среднетемпературные материалы

5. Высокотемпературные материалы

6. Металлические сплавы

Заключение

Список использованной литературы