थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री और उनकी तैयारी के तरीके

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री में रासायनिक यौगिक और मिश्र धातु शामिल हैं, जो कम या ज्यादा स्पष्ट हैं। थर्मोइलेक्ट्रिक गुण.

प्राप्त थर्मो-ईएमएफ के मूल्य के आधार पर, गलनांक पर, यांत्रिक विशेषताओं के साथ-साथ विद्युत चालकता पर, इन सामग्रियों का उपयोग उद्योग में तीन उद्देश्यों के लिए किया जाता है: गर्मी को बिजली में बदलने के लिए, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंग के लिए (विद्युत धारा प्रवाहित करते समय ऊष्मा का स्थानांतरण) और तापमान को मापने के लिए भी (पाइरोमेट्री में)। उनमें से अधिकांश हैं: सल्फाइड, कार्बाइड, ऑक्साइड, फॉस्फाइड, सेलेनाइड और टेल्यूराइड।

तो थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर में वे उपयोग करते हैं बिस्मथ टेलुराइड... सिलिकॉन कार्बाइड तापमान और सी को मापने के लिए अधिक उपयुक्त है थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (टीईजी) कई सामग्रियां उपयोगी पाई गई हैं: बिस्मथ टेल्यूराइड, जर्मेनियम टेल्यूराइड, एंटीमनी टेल्यूराइड, लेड टेल्यूराइड, गैडोलिनियम सेलेनाइड, एंटीमनी सेलेनाइड, बिस्मथ सेलेनाइड, समैरियम मोनोसल्फाइड, मैग्नीशियम सिलसाइड और मैग्नीशियम स्टैनाइट।

इन सामग्रियों के उपयोगी गुणों पर आधारित हैं दो प्रभावों पर - सीबेक और पेल्टियर… सीबेक प्रभाव श्रृंखला से जुड़े विभिन्न तारों के सिरों पर थर्मो-ईएमएफ की उपस्थिति में होता है, जिनके बीच संपर्क अलग-अलग तापमान पर होते हैं।

पेल्टियर प्रभाव सीबेक प्रभाव के विपरीत होता है और इसमें ऊष्मा ऊर्जा का स्थानांतरण होता है जब एक विद्युत धारा एक कंडक्टर से दूसरे कंडक्टर के विभिन्न कंडक्टरों के संपर्क बिंदुओं (जंक्शन) से होकर गुजरती है।

कुछ हद तक ये प्रभाव एक के बाद से हैं दो थर्मोइलेक्ट्रिक घटना का कारण वाहक प्रवाह में थर्मल संतुलन की गड़बड़ी से संबंधित है।

अगला, आइए सबसे लोकप्रिय और मांग वाली थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में से एक - बिस्मथ टेल्यूराइड को देखें।

यह आमतौर पर स्वीकार किया जाता है कि 300 K से नीचे के ऑपरेटिंग तापमान रेंज वाली सामग्री को निम्न-तापमान थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इस तरह की सामग्री का एक आकर्षक उदाहरण बिस्मथ टेल्यूराइड Bi2Te3 है। इसके आधार पर, विभिन्न विशेषताओं वाले कई थर्मोइलेक्ट्रिक यौगिक प्राप्त होते हैं।

बिस्मुथ टेलुराइड में एक समकोणीय क्रिस्टलोग्राफिक संरचना होती है जिसमें परतों का एक सेट शामिल होता है - पंचक - तीसरे क्रम के समरूपता अक्ष पर समकोण पर।

द्वि-ते रासायनिक बंधन को सहसंयोजक माना जाता है और टी-ते बंधन वांडरवाल है। एक निश्चित प्रकार की चालकता (इलेक्ट्रॉन या छेद) प्राप्त करने के लिए, बिस्मथ, टेल्यूरियम की अधिकता को प्रारंभिक सामग्री में पेश किया जाता है या पदार्थ को आर्सेनिक, टिन, सुरमा या सीसा (स्वीकर्ता) या दाताओं जैसे अशुद्धियों से मिश्रित किया जाता है: CuBr , बी2टीई3सीयूआई, बी, एजीआई।

अशुद्धियाँ एक अत्यधिक अनिसोट्रोपिक प्रसार देती हैं, दरार विमान की दिशा में इसकी गति तरल पदार्थों में प्रसार की गति तक पहुँचती है।एक तापमान प्रवणता और एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, बिस्मथ टेल्यूराइड में अशुद्धता आयनों की गति देखी जाती है।

एकल क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए, वे दिशात्मक क्रिस्टलीकरण (ब्रिजमैन) विधि, Czochralski विधि, या ज़ोन मेल्टिंग द्वारा उगाए जाते हैं। बिस्मथ टेल्यूराइड पर आधारित मिश्र धातुओं को क्रिस्टल विकास के स्पष्ट अनिसोट्रॉपी की विशेषता है: दरार विमान के साथ विकास दर इस विमान के लंबवत दिशा में विकास दर से काफी अधिक है।

थर्माकोउल्स को दबाकर, एक्सट्रूज़न या निरंतर कास्टिंग द्वारा उत्पादित किया जाता है, जबकि थर्माइलेक्ट्रिक फिल्मों को पारंपरिक रूप से वैक्यूम जमाव द्वारा उत्पादित किया जाता है। बिस्मथ टेलुराइड के लिए चरण आरेख नीचे दिखाया गया है:

उच्च तापमान, मिश्र धातु का थर्मोइलेक्ट्रिक मान कम होता है, क्योंकि आंतरिक चालकता प्रभावित होने लगती है। इसलिए, उच्च तापमान पर, 500-600 K से ऊपर, निषिद्ध क्षेत्र की छोटी चौड़ाई के कारण इस महिमा का उपयोग नहीं किया जा सकता है।

जेड के थर्मोइलेक्ट्रिक मान को अधिकतम उच्च तापमान पर भी अधिकतम करने के लिए, मिश्र धातु को यथासंभव अच्छी तरह से किया जाता है ताकि अशुद्धता एकाग्रता कम हो, जो कम विद्युत चालकता सुनिश्चित करे।

एकल क्रिस्टल बढ़ने की प्रक्रिया में एकाग्रता (थर्मोइलेक्ट्रिक वैल्यू में कमी) के सुपरकोलिंग को रोकने के लिए, महत्वपूर्ण तापमान ग्रेडियेंट (250 के / सेमी तक) और क्रिस्टल विकास की कम गति - लगभग 0.07 मिमी / मिनट - का उपयोग किया जाता है।

विस्मुट और क्रिस्टलीकरण पर सुरमा के साथ विस्मुट के मिश्र धातु एक समकोणीय जालक देते हैं जो डायहेड्रल स्केलेनेहेड्रॉन से संबंधित होता है।बिस्मथ की इकाई कोशिका एक समचतुर्भुज के आकार की होती है जिसके किनारों की लंबाई 4.74 एंग्स्ट्रॉम होती है।

ऐसी जाली में परमाणुओं को दोहरी परतों में व्यवस्थित किया जाता है, प्रत्येक परमाणु में तीन पड़ोसी एक दोहरी परत में और तीन आसन्न परत में होते हैं। बॉन्ड बाइलेयर के भीतर सहसंयोजक होते हैं, और वैन डेर वाल्स बॉन्ड परतों के बीच होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप परिणामी सामग्री के भौतिक गुणों का एक तेज अनिसोट्रॉपी होता है।

बिस्मथ सिंगल क्रिस्टल आसानी से जोनल रीक्रिस्टलाइजेशन, ब्रिजमैन और ज़ोक्राल्स्की विधियों द्वारा उगाए जाते हैं। बिस्मथ के साथ सुरमा ठोस समाधानों की एक सतत श्रृंखला देता है।

सॉलिडस और लिक्विडस लाइनों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर के कारण होने वाली तकनीकी विशेषताओं को ध्यान में रखते हुए एक बिस्मथ-एंटीमनी मिश्र धातु एकल क्रिस्टल उगाया जाता है। तो क्रिस्टलीकरण के मोर्चे पर सुपरकूल अवस्था में संक्रमण के कारण पिघल एक मोज़ेक संरचना दे सकता है।

हाइपोथर्मिया को रोकने के लिए, वे एक बड़े तापमान प्रवणता का सहारा लेते हैं - लगभग 20 K / सेमी और कम विकास दर - 0.3 मिमी / घंटा से अधिक नहीं।

बिस्मथ में वर्तमान वाहकों के स्पेक्ट्रम की ख़ासियत यह है कि चालन और वैलेंस बैंड काफी करीब हैं। इसके अलावा, स्पेक्ट्रम मापदंडों में परिवर्तन से प्रभावित होता है: दबाव, चुंबकीय क्षेत्र, अशुद्धता, तापमान परिवर्तन और स्वयं मिश्र धातु की संरचना।

इस तरह, सामग्री में वर्तमान वाहकों के स्पेक्ट्रम के मापदंडों को नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे इष्टतम गुणों और अधिकतम थर्मोइलेक्ट्रिक मूल्य वाली सामग्री प्राप्त करना संभव हो जाता है।

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