Большая техническая энциклопедия
2 4 7
D L N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ТА ТВ ТГ ТЕ ТИ ТО ТР ТУ ТЩ ТЯ

Теллурид - висмут

 
Теллурид висмута в исследованном интервале температур имеет почти такую же вязкость, что и сплавы с 62 и 65 ат. Температурный коэффициент вязкости расплава этого соединения мало отличается от такового для других сплавов.
Теллурид висмута приготовляется путем сплавления возможно чистых компонент в предварительно эвакуированной, а затем запаянной кварцевой ампуле.
Теллурид висмута употребляется для изготовления термоэлементов, предназначенных для термоэлектрогенераторов и охлаждающих устройств.
Теллурид висмута ВЬТез и его сплавы применяются для полупроводниковых термоэлектрических генераторов и холодильников.
Диаграмма состояния системы Bi-Те в области соединения В. 2Тез. Полупроводниковые свойства теллурида висмута близки к свойствам халькогенидов свинца. Однако по механизму изменения типа проводимости теллурид висмута ведет себя противоположно халькогени-дам свинца. На рис. 94 приведена зависимость концентрации носителей тока в твердой фазе Bi2Te3 от состава жидкой фазы. В сульфиде свинца избыточные против стехиометрии атомы серы переводят PbS в полупроводник дырочного типа. Значит, механизм влияния сверхстехиометричных атомов на тип проводимости у этих веществ различен.
Видно, что теллурид висмута как w -, так и р-типа существенно превосходит по эффективности другие соединения.
При лазерном напылении теллурида висмута на слюду влияние подложки и анизотропии скорости роста стимулируют одну ж ту же ориентацию ( 0001) Bi2Te3 ( 0001) слюды. Эта ориентация реализовалась в [178] при повышенных температурах подложки, лричем эпитаксиальные пленки с наиболее совершенной структурой были получены при температуре подложки 350 С. Для того чтобы выяснить, формируется ли совершенная структура пленки при этой температуре подложки непосредственно в процессе конденсации или же эта структура - следствие отжига конденсата на нагретой подложке, авторы [178] подвергли отжигу при 350 С пленки, напыленные при температуре подложки 20 С. В результате отжига мелкодисперсная неориентированная структура, характерная для этой температуры подложки, сохранялась.
При лазерном напылении теллурида висмута на слюду влия-зше подложки и анизотропии скорости роста стимулируют одну и ту же ориентацию ( 0001) Bi2Tea ( OOOl) слюды. Эта ориентация реализовалась в [178] при повышенных температурах подложки, лричем эпитаксиальные пленки с наиболее совершенной структурой были получены при температуре подложки 350 С. Для того чтобы выяснить, формируется ли совершенная структура пленки при этой температуре подложки непосредственно в процессе конденсации или же эта структура - следствие отжига конденсата на нагретой подложке, авторы [178] подвергли отжигу при 350 С пленки, напыленные при температуре подложки 20 С. В результате отжига мелкодисперсная неориентированная структура, характерная для этой температуры подложки, сохранялась.
С другой стороны, теллурид висмута в этом отношении больше похож на ковалентный кристалл. В этом соединении характер действия примесного атома полностью определяется его валентностью: элементы седьмой и шестой групп ( включая избыток теллура сверх стехиометрического состава) создают донор-ные уровни, тогда как элементы с меньшим числом электронов ( включая избыток висмута) являются акцепторами.
Расположение слоев Bi.| Расположение атомов в слоях квинтетов. Что же представляет собой теллурид висмута. В этом отношении он перспективен. Как видно из рис. 2, пять соседних слоев объединены в квинтет, в котором слои атомов висмута и теллура чередуются. В квинтете атомы связаны сильными ковалентными связями с небольшой долей ионно-сти. Ионная компонента обусловлена разной валентностью теллура и висмута: 6-валентный теллур отдает электроны 5-валентному висмуту, поэтому слои висмута заряжены отрицательно, а слои теллура - положительно. Граничащие между собой внешние слои квинтетов связаны слабыми ван-дер-ваальсовскими связями, поэтому кристаллы теллурида висмута легко раскалываются по границам квинтетов, образующих плоскости спайности. Смешанная химическая связь в тел-луриде висмута благоприятна для получения высокой термоэлектрической эффективности.
С другой стороны, теллурид висмута в этом отношении больше похож на ковалентный кристалл. В этом соединении характер действия примесного атома полностью определяется его валентностью: элементы седьмой и шестой групп ( включая избыток теллура сверх стехиометрического состава) создают донор-ные уровни, тогда как элементы с меньшим числом электронов ( включая избыток висмута) являются акцепторами.
Равновесная диаграмма твердая фаза - жидкость для Bi2Tea.
На этом основано применение теллурида висмута в качестве материала Для термоэлектрогенераторов.
Аналогичные данные были получены для электронного и дырочного теллурида висмута ( рис. 12) и для электронного селенида висмута.
Сульфиды с кубической плотнейшей упаковкой атомов S. В отличие от Bi2S3 селенид и теллурид висмута имеют структуры, в которых металл занимает октаэдрические пустоты в плотнейшей упаковке атомов селена или теллура.
Зависимость добротности реального термоэлемента от высоты ветвей. Существенная особенность термоэлектрических материалов на основе теллуридов висмута и сурьмы - четко выраженная зависимость их электрофизических и механических характеристик, от кристаллографического направления ( анизо - тропия свойств), что является следствием сложной структуры.
Аналогичная картина наблюдается и в отношении теллурида висмута ( рис. 97), однако в данном случае ветвь собственной проводимости четко выявляется на всех исследованных образцах. При более низких температурах эти данные несколько расходятся, что, очевидно, связано с различной чистотой исходных материалов, применявшихся для синтеза соединений.
Зависимость свободной энергии активации вязкого течения расплавов соединений A2VB3VI от температуры.| Энергия и энтропия активации вязкого. Легкие отклонения наблюдаются лишь в случае теллурида висмута, совершенно аналогичная картина наблюдается и в отношении динамической вязкости, которая подчиняется уравнению Френкеля.
Описанная структура является предпосылкой сильной анизотропии свойств теллурида висмута. Так, электропроводность и теплопроводность вдоль слоев значительно выше, чем поперек: с / а, 4 - 6; Стр / / / Стр J. Описанная структура обуславливает также сильную анизотропию скорости роста при кристаллизации из расплава. Поскольку ковалентные связи замкнуты внутри квинтета, то вероятность присоединения атомов из расплава к плоскости спайности мала. Поэтому скорость роста в направлении поперек плоскости спайности значительно меньше, чем вдоль нее. Поэтому в теллуриде висмута при 300 К сказывается собственная проводимость, снижающая термоэлектрическую эффективность.
Имеющиеся в литературе данные А. Р. Регеля по электропроводности теллурида висмута противоречивы.
В частности, термоэлектрогенераторы, в которых использованы теллуриды висмута, свинца и сурьмы, дают энергию искусственным спутникам Земли, навигационно-метеорологическим установкам, устройствам катодной защиты магистральных трубопроводов. Те же материалы помогают поддержать нужную температуру во многих электронных и микроэлектронных устройствах.
Влияние давления на гальвано - и термомагнитные свойства теллурида висмута.
Зависимость ZT. Рассмотрим, почему именно термоэлектрические материалы на основе теллурида висмута являются широко распространенными и высокоэффективными. Из выражения для Р видно, что для увеличения Z надо повышать подвижность носителей и снижать теплопроводность решетки. Подвижность определяется рассеянием носителей на температурных флуктуациях периодического потенциала в кристаллической решетке. Периодическое изменение потенциала наиболее сильное в ионных кристаллах, где чередуются атомы с положительными и отрицательными зарядами, в ковалентных кристаллах оно проявляется в сглаженной форме. Температурные флуктуации потенциала слабее выражены в кристаллах с сильной межатомной связью, например с ковалентной связью. Таким образом, ковалентная связь благоприятна для получения высокой подвижности. Кроме того, желательно, чтобы поляризуемость атомов была высокой, потому что дипольные моменты поляризованных атомов гасят поле периодического потенциала. В этом смысле предпочтительны материалы с тяжелыми атомами, имеющие большие размеры и, следовательно, более слабые внутриатомные связи.

Из рис. 98 следует, что зависимость электропроводности теллурида висмута в твердом состоянии от температуры строго следует экспоненциальному закону.
Изотермы вязкости и электропроводности расплавов системы Sb-Те в сопоставлении с равновесной диаграммой состояния. Характер изотерм исследованных физико-химических свойств свидетельствует о диссоциации теллурида висмута непосредственно при плавлении и об усилении этого процесса при дальнейшем нагреве расплава.
Среди полупроводниковых материалов, обладающих высокими термоэлектрическими свойствами, теллурид висмута занимает одно из первых мест. Этот материал замечателен, помимо всего прочего, еще и тем, что введением в его решетку различных примесей можно изменять как величину, так и знак его электропроводности.
Как указывалось выше, эффективность полупроводниковых сплавов на основе теллуридов висмута падает с понижением температуры горячих спаев термоэлемента, и они оказываются непригодными для целей глубокого охлаждения. Так, например, при температурах ниже 220 К сплав, состоящий из 95 % ( ат) висмута и 5 % ( ат) сурьмы, по своей эффективности превосходит сплавы на основе теллуридов висмута. При температуре 300 К величина z для указанного выше сплава равна 1.8 10 - 3 град. К) величина z увеличивается до 4.8 10 - 3 град.
Генератор с топливом из смеси продуктов деления. В качестве термоэлектрического материала в указанном диапазоне температур может быть использован теллурид висмута. Топливный блок, загруженный смесью продуктов деления, будет иметь значительно большие размеры, чем, например, блок генератора СНАП-7. Поэтому защита такой установки тяжелее, но ее стоимость может оказаться в несколько раз меньше стоимости установок серии СНАП-7. Из-за технических трудностей, обусловленных в основном разработкой топливного материала, в 1963 г. исследования генераторов на смеси продуктов деления были - прекращены.
Принципиальная схема радиоизотопного термоэлектрического генератора. / - радиоизотопный тепловой блок. 2 - блок термоэлектрических преобразователей. 3 - холодильник. 4 - нагрузка. Наиболее распространенными и высокоэффективными низкотемпературными материалами являются тройные сплавы на основе теллурида висмута В12Тез - Добротность таких материалов в указанном диапазоне температур составляет значение 3 10 - 3 1 / С.
Спектральное исследование Мелеха и Семенковича [134] указывает на инконгруэнтный характер испарения жидкого теллурида висмута при высоких температурах.
При этом подвергались гидростатическому сжатию поликристаллические образцы термоэлектрических материалов на основе теллурида висмута стандартных составов, а также термоэлемент, приготовленный из них, в котором непосредственно под давлением измеряли максимальный перепад температуры.
В первой из них объектом исследования служил РЬТе, в другой - теллурид висмута.
Метод вспомогательной стенки. В качестве примера в табл. 2 представлены параметры полупроводниковых тепломеров на основе теллурида висмута, разработанных в Институте термоэлектричества НАН Украины.
В работе [199] описан плоский термоэлектрический генератор, состоящий из полупроводниковых элементов на основе теллурида висмута.

Как видно из табл. III - 1, наибольшим коэффициентом добротности обладают многокомпонентные соединения на основе теллуридов висмута и сурьмы.
Для расчетов общего давления пара следует предпочесть уравнения Кашкули и Манира - для твердого и Устюгова - для жидкого теллурида висмута.
Авторы настоящего справочника считают, что данные Бребрика как для жидкого, так и для твердого соединения не противоречат другим работам и не опровергают концепции конгруэнтного испарения твердого теллурида висмута.
Теллурид висмута обладает ромбоэдрической кристаллической структурой.
Важной структурной особенностью является приблизительно октаэдриче-ское расположение атомов Те вокруг атомов Те яи атомов Те вокруг атомов Bi. Поэтому теллурид висмута имеет хорошо выраженную плоскость спайности.
Важной структурной особенностью является приблизительно октаэдриче-ское расположение атомов Те вокруг атомов Те и атомов Те вокруг атомов Bi. Поэтому теллурид висмута имеет хорошо выраженную плоскость спайности.
В других исследованиях было обнаружено, что у некоторых материалов ( Cu2O, AgSbTe2) при переходе в жидкое состояние добротность возрастает. Электропроводность теллурида висмута в жидком состоянии увеличивается в три раза, что соответственно приводит к росту теплопроводности, обусловленному подвижностью носителей тока. У соединений типа Sb2Te3 при переходе через точку плавления наблюдается линейный рост теплопроводности с температурой.
Подвижность электронов [ IMAGE ] Подвижность электронов и дырок в твердых растворах РЬТе - и дырок в твердых растворах PbSe. Bi2Te3 - Sb2Te3. Эти соображения должны быть учтены при улучшении материалов, используемых в термоэлементах в качестве положительных ветвей. Путем замещения теллурида висмута в твердом растворе Bi2Te3 - Sb2Te3 [145] значение термоэлектрической эффективности Z к2а / х, ( где а - термоэдс, а - проводимость и х, - теплопроводность) было увеличено более чем в 2 раза.
Подвижность электронов [ IMAGE ] Подвижность электронов и дырок в твердых растворах РЬТе - и дырок в твердых растворах PbSe. Bi2Te3 - Sb2Te3. Эти соображения должны быть учтены при улучшении материалов, используемых в термоэлементах в качестве положительных ветвей. Путем замещения теллурида висмута в твердом растворе Bi2Te3 - Sb2Te3 [ 145I значение термоэлектрической эффективности Z а2о / х; ( где а - термоэдс, а - проводимость и х; - теплопроводность) было увеличено более чем в 2 раза.
Однако долговременное воздействие теллурида висмута, отягченное присутствием сульфида селена, может у разных видов вызывать умеренную обратимую грануломатозную реакцию легких.
Некоторые из них, например теллурид висмута, хорошо изучен в качестве полупроводника.
В настоящее время наибольшее распространение для термоэлектрического охлаждения получили материалы, исходными веществами для которых являются висмут, сурьма, селен, теллур. Максимальная добротность таких твердых растворов на основе теллурида висмута ( В12Те3) при комнатной температуре составляет Z 3 0 - 1 ( Г3 К для полупроводников п - ир-типа.
По нахождению в природе висмут подобен сурьме, но встречается реже. Относительно редкими минералами являются: два силиката висмута, некоторые сульфовисмутиды, теллурид висмута, окись висмута, карбонат висмута, молибдат висмута, ванадат висмута и арсенат висмута.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11