थर्मोइलेक्ट्रिक साहित्य आणि त्यांच्या तयारीसाठी पद्धती

थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रीमध्ये रासायनिक संयुगे आणि धातू मिश्रधातूंचा समावेश होतो, जे कमी-अधिक प्रमाणात उच्चारले जातात. थर्मोइलेक्ट्रिक गुणधर्म.

प्राप्त केलेल्या थर्मो-ईएमएफच्या मूल्यावर, वितळण्याच्या बिंदूवर, यांत्रिक वैशिष्ट्यांवर तसेच विद्युत चालकता यावर अवलंबून, ही सामग्री उद्योगात तीन कारणांसाठी वापरली जाते: उष्णतेचे विजेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी, थर्मोइलेक्ट्रिक कूलिंगसाठी. (विद्युत प्रवाह पास करताना उष्णता हस्तांतरण) आणि तापमान मोजण्यासाठी (पायरोमेट्रीमध्ये). त्यापैकी बहुतेक आहेत: सल्फाइड्स, कार्बाइड्स, ऑक्साइड्स, फॉस्फाइड्स, सेलेनाइड्स आणि टेल्युराइड्स.

त्यामुळे थर्मोइलेक्ट्रिक रेफ्रिजरेटर्समध्ये ते वापरतात बिस्मथ टेल्युराइड... सिलिकॉन कार्बाइड तापमान मोजण्यासाठी अधिक योग्य आहे आणि सी थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (TEG) अनेक साहित्य उपयुक्त असल्याचे आढळून आले आहे: बिस्मथ टेल्युराइड, जर्मेनियम टेल्युराइड, अँटीमोनी टेल्युराइड, लीड टेल्युराइड, गॅडोलिनियम सेलेनाइड, अँटीमोनी सेलेनाइड, बिस्मथ सेलेनाइड, समेरियम मोनोसल्फाइड, मॅग्नेशियम सिलिसाइड आणि मॅग्नेशियम स्टॅनाइट.

या सामग्रीच्या उपयुक्त गुणधर्मांवर आधारित आहेत दोन प्रभावांवर - सीबेक आणि पेल्टियर… सीबेक इफेक्टमध्ये मालिका-कनेक्ट केलेल्या वेगवेगळ्या वायर्सच्या शेवटी थर्मो-ईएमएफ दिसणे समाविष्ट असते, ज्यामधील संपर्क भिन्न तापमानात असतात.

पेल्टियर इफेक्ट सीबेक इफेक्टच्या विरुद्ध आहे आणि जेव्हा विद्युत प्रवाह वेगवेगळ्या कंडक्टरच्या संपर्क बिंदूंमधून (जंक्शन) एका कंडक्टरमधून दुसर्या कंडक्टरमध्ये जातो तेव्हा उष्णता उर्जेचे हस्तांतरण होते.

काही प्रमाणात हे परिणाम एक पासून आहेत दोन थर्मोइलेक्ट्रिक घटनांचे कारण वाहक प्रवाहातील थर्मल समतोल बिघडण्याशी संबंधित आहे.

पुढे, सर्वात लोकप्रिय आणि शोधले जाणारे थर्मोइलेक्ट्रिक मटेरियल - बिस्मुथ टेल्युराइड पाहू.

हे सामान्यतः स्वीकारले जाते की 300 K पेक्षा कमी ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी असलेली सामग्री कमी-तापमान थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्री म्हणून वर्गीकृत केली जाते. अशा सामग्रीचे एक उल्लेखनीय उदाहरण म्हणजे बिस्मथ टेलुराइड Bi2Te3. त्याच्या आधारावर, विविध वैशिष्ट्यांसह अनेक थर्मोइलेक्ट्रिक संयुगे प्राप्त होतात.

बिस्मथ टेल्युराइडमध्ये एक समभुज क्रिस्टलोग्राफिक रचना असते ज्यामध्ये थरांचा संच असतो—पंचक—तिसऱ्या क्रमाच्या सममिती अक्षाच्या उजव्या कोनात.

Bi-Te रासायनिक बंध सहसंयोजक मानले जातात आणि Te-Te बंध वांडरवाल आहे. विशिष्ट प्रकारची चालकता (इलेक्ट्रॉन किंवा भोक) मिळविण्यासाठी, बिस्मथ, टेल्यूरियमचा जास्तीचा समावेश प्रारंभिक सामग्रीमध्ये केला जातो किंवा पदार्थ आर्सेनिक, टिन, अँटिमनी किंवा शिसे (स्वीकारणारे) किंवा दाता यासारख्या अशुद्धतेने मिश्रित केला जातो: CuBr , Bi2Te3CuI, B, AgI .

अशुद्धता अत्यंत एनिसोट्रॉपिक प्रसार देतात, क्लीवेज प्लेनच्या दिशेने त्याची गती द्रवपदार्थांमध्ये प्रसाराच्या गतीपर्यंत पोहोचते.तापमान ग्रेडियंट आणि इलेक्ट्रिक फील्डच्या प्रभावाखाली, बिस्मथ टेल्युराइडमध्ये अशुद्धता आयनची हालचाल दिसून येते.

सिंगल क्रिस्टल्स मिळविण्यासाठी, ते डायरेक्शनल क्रिस्टलायझेशन (ब्रिजमन) पद्धती, झोक्राल्स्की पद्धत किंवा झोन मेल्टिंगद्वारे वाढविले जातात. बिस्मथ टेल्युराइडवर आधारित मिश्र धातु क्रिस्टलच्या वाढीच्या उच्चारित अॅनिसोट्रॉपीद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहेत: क्लीव्हेज प्लेनसह वाढीचा दर या विमानाच्या लंब दिशेने वाढीचा दर लक्षणीयरीत्या ओलांडतो.

थर्मोकूपल्स दाबून, बाहेर काढणे किंवा सतत कास्टिंगद्वारे तयार केले जातात, तर थर्मोइलेक्ट्रिक फिल्म्स पारंपारिकपणे व्हॅक्यूम डिपॉझिशनद्वारे तयार केले जातात. बिस्मथ टेल्युराइडसाठी फेज आकृती खाली दर्शविली आहे:

तापमान जितके जास्त असेल तितके मिश्रधातूचे थर्मोइलेक्ट्रिक मूल्य कमी होते, कारण अंतर्गत चालकता प्रभावित होऊ लागते. म्हणून, उच्च तापमानात, 500-600 के वरील, हे वैभव निषिद्ध क्षेत्राच्या लहान रुंदीमुळे वापरले जाऊ शकत नाही.

Z चे थर्मोइलेक्ट्रिक व्हॅल्यू अगदी जास्त नसलेल्या तापमानातही जास्तीत जास्त असण्यासाठी, शक्य तितक्या चांगल्या प्रकारे मिश्रित केले जाते जेणेकरून अशुद्धता एकाग्रता कमी असेल, ज्यामुळे कमी विद्युत चालकता सुनिश्चित होईल.

एकल क्रिस्टल वाढवण्याच्या प्रक्रियेत एकाग्रता (थर्मोइलेक्ट्रिक व्हॅल्यू कमी करणे) चे सुपर कूलिंग टाळण्यासाठी, लक्षणीय तापमान ग्रेडियंट (250 के / सेमी पर्यंत) आणि क्रिस्टल वाढीचा कमी वेग - सुमारे 0.07 मिमी / मिनिट - वापरला जातो.

क्रिस्टलायझेशनवर अँटीमोनीसह बिस्मथ आणि बिस्मथचे मिश्र धातु डायहेड्रल स्केलनेहेड्रॉनशी संबंधित असलेल्या समभुज जाळी देतात.बिस्मथच्या युनिट सेलचा आकार 4.74 अँग्स्ट्रॉम्स लांब असलेल्या किनारी समभुज चौकोनसारखा असतो.

अशा जाळीतील अणू दुहेरी थरांमध्ये मांडलेले असतात, प्रत्येक अणूला दुहेरी थरात तीन शेजारी आणि समीप थरात तीन असतात. बॉन्ड्स बिलेयरमध्ये सहसंयोजक असतात आणि व्हॅन डेर वॉल्स हे स्तरांमधील बंध असतात, परिणामी सामग्रीच्या भौतिक गुणधर्मांची तीक्ष्ण अॅनिसोट्रॉपी बनते.

बिस्मथ सिंगल क्रिस्टल्स झोनल रीक्रिस्टलायझेशन, ब्रिजमन आणि झोक्राल्स्की पद्धतींनी सहजपणे वाढतात. बिस्मथसह अँटिमनी घन समाधानांची सतत मालिका देते.

सॉलिडस आणि लिक्विडस रेषांमधील महत्त्वपूर्ण फरकामुळे होणारी तांत्रिक वैशिष्ट्ये लक्षात घेऊन बिस्मथ-अँटीमनी मिश्र धातु सिंगल क्रिस्टल तयार केला जातो. त्यामुळे क्रिस्टलायझेशन फ्रंटवर सुपर कूल्ड स्थितीत संक्रमण झाल्यामुळे वितळणे मोज़ेक रचना देऊ शकते.

हायपोथर्मिया टाळण्यासाठी, ते मोठ्या तापमान ग्रेडियंटचा अवलंब करतात - सुमारे 20 के / सेमी आणि कमी वाढीचा दर - 0.3 मिमी / ता पेक्षा जास्त नाही.

बिस्मथमधील वर्तमान वाहकांच्या स्पेक्ट्रमचे वैशिष्ट्य म्हणजे वहन आणि व्हॅलेन्स बँड अगदी जवळ आहेत. याव्यतिरिक्त, स्पेक्ट्रम पॅरामीटर्समधील बदल यावर परिणाम होतो: दाब, चुंबकीय क्षेत्र, अशुद्धता, तापमान बदल आणि मिश्र धातुची रचना.

अशा प्रकारे, सामग्रीमधील वर्तमान वाहकांच्या स्पेक्ट्रमचे मापदंड नियंत्रित केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे इष्टतम गुणधर्म आणि जास्तीत जास्त थर्मोइलेक्ट्रिक मूल्य असलेली सामग्री प्राप्त करणे शक्य होते.

हे देखील पहा:पेल्टियर घटक - ते कसे कार्य करते आणि कसे तपासायचे आणि कनेक्ट करायचे