НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2008, том 44, № 10, с. 1184-1186
УДК 563.63
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ H-Bi2Te288Se012
И ^-Bio.52Sbi.48Te3
© 2008 г. Ю. И. Штерн*, А. С. Малкова*, А. С. Пашинкин*, В. А. Фёдоров**
*Московский государственный институт электронной техники (Технический университет) **Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук. Москва
Поступила в редакцию 06.02.2008 г.
В интервале температур 360-600 K измерена теплоемкость твердых растворов «-Bi2Te288Se0.12 и p-Bi0 52Sb148Te3. По экспериментальным данным рассчитана зависимость Cp = a + bT + cT-2 и термодинамические функции твердых растворов для интервала 298.15-600 K.
ВВЕДЕНИЕ
Эффективность термоэлектрических систем охлаждения и стабилизации температуры в основном определяется свойствами полупроводниковых материалов, используемых для изготовления термоэлектрических модулей [1]. Известно, что максимальной термоэлектрической добротностью обладают интерметаллические соединения на основе теллурида висмута, полученные методами направленной кристаллизации.
Цель данной работы - исследование теплоемкости твердых растворов В12Те2888е012 (п-типа) и В10 528Ъ148Те3 (р-типа), полученных зонной плавкой [2].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Теплоемкость образцов твердых растворов В12Те2888е0Л2 и В10528Ъ148Те3 измеряли на дифференциальном сканирующем калориметре ДСМ-2М в интервале температур 360-600 К. Методика измерения описана в [3].
Для каждого образца проводили несколько измерений. Усредненные экспериментальные данные представлены в табл. 1, 2 и на рис. 1, 2. На графиках Ср(Т) приведены данные [4-6] для тройных систем и бинарных соединений В128е3, 8Ъ2Те3 и В12Те3. Экспериментальные данные по теплоемкости В12Те2888е012 и В10 528Ъ148Те3 обработаны методом наименьших квадратов и представлены в табл. 3 в виде уравнения Майера-Келли.
Низкотемпературная теплоемкость твердых растворов В128е15Те15, В128е09Те2Л и В128е06Те24 исследована в диапазоне 56-295 К в [6]. Оказалось, что экспериментальные данные для твердых растворов хорошо согласуются с данными
для бинарных соединений и рассчитываются по аддитивности.
Исходя из полученных нами данных по теплоемкости, были рассчитаны термодинамические функции В12Те2888е0Л2 и В10528Ъ148Те3 для температур 298.15, 400, 500, 600 К. При расчете стандартная энтропия 8(298 К) и стандартная теплоемкость Ср(298 К) для твердых растворов взяты
Таблица 1. Экспериментальные значения теплоемкости Bi0.52Sb1.48Te3
Т, K Ср, Дж/(моль K)
360 128.77
380 129.70
400 130.60
420 131.52
440 132.40
460 133.27
480 134.12
500 134.90
520 135,.81
540 136.64
560 137.47
580 138.29
600 139.10
ТЕПЛОЕМКОСТЬ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ я-Б12Те2.888е0.12 И р-Б^БЬ^^
1185
Ср, Дж/(моль К) 140
138 136 134 132 130 128 126 124
360 400 440 480 520 560 600 Т, К
Ср, Дж/(моль К) 140
138 136 134 132 130 128 126
Рис. 1. Температурные зависимости теплоемкости для 8Ь2Тез (1), Б1о.528Ь1.48Тез (2), Б12Тез (3).
360 400 440 480 520 560 600 Т, К
Рис. 2. Температурные зависимости теплоемкости для Б128ез (1), Bi2Te2.88Se0.12 (2), Б12Тез (3).
из данных для бинарных соединений Б^ез, Sb2Te3, Б^Тез [4-6] как аддитивная величина.
Термодинамические функции твердых растворов приведены в табл. 4 и 5.
Твердые растворы в системах Б^Тез-Б^ез и В^Тез^Ь2Тез изучены детально в связи с их ис-
пользованием в качестве основных низкотемпературных термоэлектрических материалов.
В системе В^Те^е разрез В^Тез-В^ез является квазибинарным, и оба соединения неограниченно растворяются друг в друге [7]. Взаимодействие В^Тез с Sb2Te3 носит более сложный харак-
Таблица 2. Экспериментальные значения теплоемко- Таблица 3. Температурная зависимость теплоемкости
В^ез, В^Тез, Sb2Te3 и их сплавов в виде уравнения
сти Bi2Te2.88Seo.l2
Т, К Ср, Дж/(моль К)
зб0 126.87
з80 128.04
400 129.10
420 1з0.08
440 1з0.97
460 1з1.81
480 1з2.60
500 1зз.з0
520 1з4.05
540 1з4.72
560 1з5.з7
580 1з5.99
600 1з6.60
Ср = а + ЬТ + с/Т2 в Дж/(моль К)
Вещество а Ь х 102 с х 10-5 Источник
В^ез 124.17 1.9 3.11 [4]
Бi2Te3 110.1 4.6 - [5]
SЬ2Te3 120.3 2.8 - [6]
Бi2Te2.88Se0.12 126.64 2.1 -9.5 Настоящая работа
В^.52^1.48Те3 116.27 3.9 -2.0 Настоящая работа
3 НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 44 < 10 2008
1186 ШТЕРН и др.
Таблица 4. Термодинамические функции для Bi2Te2 88Se012
T, K Cp, Дж/(моль K) H°(T) - Н0 (298 K), Дж/моль S(T), Дж/(моль K) ФХХ(Т) , Дж/(моль K)
298 124.2 - 259.8 259.8
400 129.1 12830 296.8 264.7
500 133.3 25970 326.1 274.1
600 136.3 39470 350.9 284.9
Таблица 5. Термодинамические функции для Bi0.52Sb148Te3
T, K Cp, Дж/(моль K) Н°(Т) - Н (298 K), Дж/моль S(T), Дж/(моль K) ФХХ(Т), Дж/(моль K)
298 125.6 - 250.1 250.1
400 130.6 13060 287.7 255.1
500 134.9 26340 317.4 264.7
600 139.1 40050 342.3 275.6
тер, однако в области концентраций 60-100 мол. % Sb2Te3 исходные компоненты также образуют твердые растворы [8].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Штерн Ю.И., Кожевников Я.С., Тарасов Р.Ю., Барабанов Д.Ю. Перспективы развития низкотемпературного термоэлектрического приборостроения // Изв. вузов. Электроника. 2005. № 4-5. С. 179-184.
2. Айвазов A.A., Глазов В.М., Панов Н.М., Штерн Ю.И. Исследование теплофизических характеристик термоэлектрических материалов, полученных различными методами // Тез. докл. II Все-союз. семинара "Материалы для термоэлектрических преобразователей." Л.: ФТИ, 1987. С. 108.
3. Малкова A.C., Жаров В В., Шмойлова Г.И., Па-шинкин A.C. Теплоемкость теллуридов цинка и
кадмия в интервале 360-760 K // ЖФХ. 1989. Т. 63. № 1. С. 41-43.
4. Пашинкин A.C., Малкова A.C. Теплоемкость твердого селенида висмута (Bi2Se3) // ЖФХ. 2005. Т. 79. № 7. С. 1325-1327.
5. Пашинкин A.C., Малкова A.C., Михайлова М.С. Теплоемкость твердого теллурида висмута // Изв. вузов. Электроника. 2007. № 5. С. 78-79.
6. Пашинкин A.C., Малкова A.C., Михайлова М.С. Теплоемкость твердого теллурида сурьмы // ЖФХ. 2008. Т. 81. № 5. С. 1-3.
7. Aбpикоcов Н.Х., Баикина В.Ф., Порецкая Л.В. и др. Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе. М.: Наука, 1975. 220 с.
8. Gorbachuk N.P., Zakharov V.V., Sidorko V.R., Gon-charuk L.V. Thermodynamic Properties of the Quasi-binary System Bi2Se3-Bi2Te3 over a Board Temperature Range // Powder Metall. Met. Ceram. 2005. V. 44. № 7-8. P. 372-390.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 44 < 10 2008
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.