RU2413042C2 - Легированные теллуриды свинца для термоэлектрического применения - Google Patents

Легированные теллуриды свинца для термоэлектрического применения Download PDF

Info

Publication number
RU2413042C2
RU2413042C2 RU2008140844/05A RU2008140844A RU2413042C2 RU 2413042 C2 RU2413042 C2 RU 2413042C2 RU 2008140844/05 A RU2008140844/05 A RU 2008140844/05A RU 2008140844 A RU2008140844 A RU 2008140844A RU 2413042 C2 RU2413042 C2 RU 2413042C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ampoule
temperature
materials
hours
cooled
Prior art date
Application number
RU2008140844/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2008140844A (ru
Inventor
Франк ХААСС (DE)
Франк ХААСС
Original Assignee
Басф Се
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Басф Се filed Critical Басф Се
Publication of RU2008140844A publication Critical patent/RU2008140844A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2413042C2 publication Critical patent/RU2413042C2/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G21/00Compounds of lead
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • C01B19/002Compounds containing, besides selenium or tellurium, more than one other element, with -O- and -OH not being considered as anions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B19/00Selenium; Tellurium; Compounds thereof
    • C01B19/007Tellurides or selenides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/547Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on sulfides or selenides or tellurides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/653Processes involving a melting step
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/852Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising tellurium, selenium or sulfur
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80Constructional details
    • H10N10/85Thermoelectric active materials
    • H10N10/851Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions
    • H10N10/855Thermoelectric active materials comprising inorganic compositions comprising compounds containing boron, carbon, oxygen or nitrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32Thermal properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402Aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404Refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/407Copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/408Noble metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562Heating rate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565Cooling rate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567Treatment time
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Изобретение касается полупроводниковых материалов, содержащих свинец и теллур, а также, по меньшей мере, одну или две другие примеси, а также содержащих эти материалы термоэлектрических генераторов и устройств Пельтье. Полупроводниковый материал с проводимостью р- или n-типа на основе легированных теллуридов свинца имеет соединение общей формулы (I) ! ! со следующими значениями: в каждом случае независимо n означает количество химических элементов, отличных от Pb и Те, ! 1 част./млн≤х1, …, xn≤0,05, -0,05≤z≤0,05 и n=2, А1…An - отличные друг от друга и выбраны из группы элементов: Al, Ge, Sn, Bi, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Cu, Ag, или n=1, А1 выбран из Zr, Ag, Cu. Данные термоэлектрически активные материалы имеют высокий КПД и обнаруживают свойства, подходящие для различных областей применения: в качестве теплового насоса, в холодильниках и сушилках, для кондиционирования транспортных средств и зданий, для одновременного нагрева и охлаждения потоков веществ в процессах их разделения, в качестве генератора для использования источников тепла, для охлаждения электронных блоков. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Description

Настоящее изобретение касается полупроводниковых материалов, содержащих свинец и теллур, а также, по меньшей мере, одну или две другие примеси, а также содержащих эти материалы термоэлектрических генераторов и устройств Пельтье.
Термоэлектрические генераторы и устройства Пельтье, как таковые, уже давно известны. Полупроводники, легированные примесью p- и n-типа, подогреваемые с одной стороны и охлаждаемые с другой, переносят электрические заряды через внешнюю электрическую цепь, причем на электроприемнике в электрической цепи можно проводить электрические работы. Полученный при этом коэффициент полезного действия преобразования тепла в электроэнергию ограничивается термодинамически коэффициентом полезного действия Карно. Тем самым, при температуре 1000 K можно было бы достигнуть с горячей стороны, а при 400 K - с «холодной» коэффициента полезного действия (1000-400):1000=60%. Но сегодняшний день получен только коэффициент полезного действия до 10%.
Если, с другой стороны, подавать постоянный ток к такому устройству, то тепло переносится от одной стороны к другой. Устройство Пельтье подобного рода работает как тепловой насос и поэтому подходит для охлаждения блоков устройств, транспортных средств или зданий. Нагревание по принципу Пельтье более выгодно, чем традиционное нагревание, потому что всегда переносится больше тепла, чем соответствует подаваемому эквиваленту энергии.
Хороший обзор эффектов и материалов можно найти, например, в Cronin В. Vining, «ITS Short Course on Thermoelectricity» (Краткий курс по термоэлектричеству ITS), ноябрь 8, 1993, Йокохама, Япония.
В настоящее время термоэлектрические генераторы используются на автоматических межпланетных станциях для генерирования постоянного тока, для катодной защиты от коррозии трубопроводов, для энергоснабжения светящихся буев и радиобуев, для работы радио- и телевизионных аппаратов. Причиной преимуществ термоэлектрических генераторов является их чрезвычайная надежность. Например, они работают независимо от атмосферных условий, как то влажность воздуха; не происходит легко нарушаемого переноса вещества, а только перенос заряда; топливо сгорает беспрерывно, а также каталитически без открытого пламени, вследствие чего освобождается только некоторое количество СО, NOx и несгоревшего топлива; можно использовать любое топливо от природного газа, бензина, керосина, дизельного топлива до биологического топлива, как то сложный метиловый эфир рапсового масла.
Тем самым, термоэлектрическое преобразование энергии очень хорошо подходит для будущих потребностей, как то водородная промышленность или генерация энергии из возобновляемых видов энергии.
Одним из самых привлекательных способов использования могло бы стать применение для преобразования в электрическую энергию в электромобилях. Для этого не нужно производить никаких изменений в имеющейся сети автозаправочных станций. Но для использования такого рода необходим коэффициент полезного действия больше 30%.
Также преобразование солнечной энергии непосредственно в электрическую энергию могло бы быть очень привлекательным. Концентраторы, как, например, параболические желоба, могут фокусировать солнечную энергию на термоэлектрические генераторы с коэффициентом полезного действия от 95 до 97%, в результате чего производится солнечная энергия.
Но и для использования в качестве теплового насоса необходимы более высокие коэффициенты полезного действия.
Термоэлектрически активные материалы, по существу, оцениваются на основании своего КПД. Характерным для термоэлектрических материалов является так называемый коэффициент Z (термоэлектрическая добротность):
Figure 00000001
где S - коэффициент Зеебека, σ - электрическая проводимость, а k - коэффициент теплопроводности. Предпочтение отдают термоэлектрическим материалам, имеющим как можно меньшую теплопроводность, как можно большую электрическую электропроводимость и как можно больший коэффициент Зеебека, так что коэффициент добротности принимает наибольшее значение.
Произведение S2σ определяется как коэффициент мощности и служит для сравнения термоэлектрических материалов.
Кроме того, для сравнения также часто используют безразмерное произведение Z·T. Известные до сих пор термоэлектрические материалы обнаруживают максимальные значения Z·T, примерно от 1 при оптимальной температуре. За этой оптимальной температурой значения Z·T часто меньше 1.
Более точный анализ показывает, что КПД η получают по формуле
Figure 00000002
,
где
Figure 00000003
(см. также «Mat. Sei. and Eng. В29» (1995) 228).
Таким образом, целью является предоставление термоэлектрически активного материала с максимально большим значением Z и высокой осуществимой разностью температур. С точки зрения физики твердого тела здесь необходимо решить много проблем:
Высокое значение σ обусловливает высокую подвижность электронов в материале, т.е. электроны (или дырки в материалах с проводимостью p-типа) не должны быть сильно связаны с атомными остовами. Материалы с высокой электрической проводимостью σ чаще всего вместе с тем обнаруживают и высокую теплопроводность (закон Видеманна-Франца), из-за чего на Z не может быть оказано благоприятное влияние. Используемые сегодня материалы, как то Bi2Te3, уже представляют компромиссы. Так в результате легирования электрическая проводимость понижается меньше, чем теплопроводность. Поэтому предпочтительно используют такие сплавы, как например, (Bi2Te3)90(Sb2Te3)5(Sb2Se3)5 или Bi12Sb23Te65, как они описаны в US 5,448,109.
Для термоэлектрических материалов с высоким КПД предпочтительно выполнять еще другие граничные условия. Прежде всего, они должны быть достаточно устойчивы к температурным условиям, чтобы они могли в условиях эксплуатации в течение многих лет работать без значительной потери. Это само по себе обуславливает стабильную фазу при высокой температуре, стабильный фазовый состав и диффузию компонентов сплава в смежные контактные материалы, которой можно пренебречь.
Описание термоэлектрических материалов можно найти в новой патентной литературе, например, в US 6,225,550 и ЕР-А-1 102 334.
US 6,225,550 в основном касается материалов из MgxSb2, легированные еще одним элементом, предпочтительно переходным материалом.
В ЕР-А-1 102 334 описываются легированные примесью р- или n-типа полупроводниковые материалы, содержащие, по меньшей мере, один трехкомпонентный материал из классов веществ силицидов, боридов, германидов, теллуридов, сульфидов, селенидов, антимонидов, плюмбидов и полупроводниковых оксидов.
В статье «Термоэлектрические свойства n-типа (Pb1-xGex)Te, полученных методом горячего давления», Доклады ICT, XVI, Международная Конференция Термоэлектриков, 26-29 августа 1997, Дрезден, стр.228-231, описан процесс производства тройных соединений формулы (Pb1-xGex)Te с х = от 0 до 0,15, причем система легирована 0,3% Bi. Материалы получают путем загрузки соответствующего количества Pb, Ge, Те и Bi в кварцевую трубу, внутренняя сторона которой покрыта углеродом, с последующей откачкой, герметизацией и подогреванием до 1000°С в течение 2 часов во вращающейся печи. После чего система охлаждается до комнатной температуры. (Pb1-xGex)Те - слитки производятся затем в зоне плавления печи при 1000°С со скоростью роста 1 мм/мин. Впоследствии блоки смалывают в порошок с величиной частиц от 90 до 250 мкм. Затем следует восстановительная обработка при 400°С в течение 24 часов в атмосфере Н2/Ar. Порошок охлаждается, а затем подвергается горячему прессованию в вакууме при 650°С и 750°С. На основании материалов, полученных подобным образом, было установлено, что увеличиваются коэффициент Зеебека и электрическое сопротивление термоэлектрических материалов с увеличением долей х GeTe-частей в полупроводниковом материале, в то время как теплопроводность снижается с увеличением долей х GeTe-частей в полупроводниковом материале. Самый оптимальный полученный коэффициент Зеебека составляет примерно - 150 мкВ/K, причем электрическое сопротивление составляет 1 мОм·см. Термическая проводимость составляет в минимуме 2 Вт/(м·K).
Исходя из данного состояния уровня техники задачей настоящего изобретения является производство полупроводниковых материалов (термоэлектрически активных материалов), которые имеют высокий КПД и обнаруживают свойства, подходящие для различных областей применения.
Данная задача решается в рамках данного изобретения с помощью полупроводникового материала, содержащего соединение общей формулы (I)
Figure 00000004
со следующими значениями в каждом случае независимо (с соответствующими значениями)
n означает количество химических элементов, отличных от Pb и Те
1 част./млн≤x1 … xn≤0,05
-0,05≤z≤0,05
и
n≥2
А1…An отличные друг от друга и выбраны из группы элементов Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, As, Sb, Bi, S, Se, Br, I, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu,
предпочтительно отличные друг от друга и выбранные из группы элементов
Al, In, Si, Ge, Sn, Sb, Bi, Se, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Cu, Ag, Au,
в особенности отличные друг от друга и выбранные из группы элементов
In, Ge, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Cu, Ag
или n=1
А1, выбран из Ti, Zr, Ag, Hf, Cu, Nb, Та.
n предпочтительно составляет 2, 3 или 4, особенно предпочтительно 2 или 3, в особенности 2. В таком случае речь идет о, по меньшей мере, четвертичном соединении. В случае если n=1, речь идет о тройном соединении, например, или предпочтительно типа (Pb, Ti) Те, (Pb, Zr) Те или (Pb, Ag) Те.
Данным изобретением предусматривается, что исходя из PbTe формально
- Pb или Те заменяются одним или, по меньшей мере, двумя примесями или
- одна или, по меньшей мере, две примеси добавляются к PbTe или
- одна или, по меньшей мере, две примеси принимают часть Pb- или Te-позиций, причем в каждом случае меняется соотношение Pb:Te - исходя из 1:1.
Для ряда материалов по данному изобретению достигаются: для проводников с р-проводимостью коэффициенты Зеебека в диапазоне от, в общем, от 150 до 400 мкВ/K, а для проводников с n-проводимостью, в общем, от -150 до -400 мкВ/K при выраженной разности температур от 270°C, причем горячая сторона составляет 300°C. Достигаемый коэффициент мощности при комнатной температуре составляет в общем, по меньшей мере, 20 мкВт/K2·см.
В рамках данного изобретения материалы могут содержать и другие соединения или легирующие примеси, пока получаются указанные выше коэффициенты Зеебека и коэффициенты мощности. Например, возможно, чтобы от 0 до 10 мас. % соединения заменялось другими металлами или соединениями металлов, которые действуют так же, как p- или n-легирующие смеси.
Материалы по данному изобретению, в общем, получают в результате реактивного дробления или предпочтительно в результате сплавления и реакции смешивания соответствующих элементных компонентов или их сплавов. При этом, в общем, время реакции реактивного дробления или предпочтительно сплавления составляет, по меньшей мере, один час.
Сплавление и реагирование происходит предпочтительно, по меньшей мере, от 1 часа, особенно предпочтительно 6 часов, а наиболее предпочтительно 10 часов. Процесс плавления может происходить с или без примеси исходной смеси. Для перемешивания исходной смеси особенно хорошо подходит вращающаяся или опрокидывающаяся печь, чтобы обеспечить гомогенность смеси.
Если смешивание не производится, в общем, требуется более продолжительное время плавления, чтобы поучить гомогенный материал. Если производится смешивание, гомогенность в смеси достигается еще раньше.
Без дополнительного перемешивания исходных смесей время плавления составляет, в общем, от 2 до 50 часов, в особенности от 30 до 50 часов.
Сплавление, в общем, происходит при температуре, при которой, по меньшей мере, один компонент смеси уже расплавлен и материал находится в уже расплавленном состоянии. В общем, температура плавления составляет, по меньшей мере, 800°C, предпочтительно, по меньшей мере, 950°C. Обычно температура плавления находится в температурном диапазоне от 800 до 1100°C, предпочтительно от 950 до 1050°C.
После охлаждения расплавленной смеси желательно отжечь материал при температуре, в общем, по меньшей мере, на 100°C, предпочтительно 200°C, ниже точки плавления получаемого в результате полупроводникового материала.
Обычно эта температура составляет от 450 до 750°C, предпочтительно от 550 до 700°C.
Отжиг проводят в течение времени, которое предпочтительно составляет от 1 часа, особенно предпочтительно 2 часа, наиболее предпочтительно 4 часа. Обычно время отжига составляет от 1 до 8 часов, предпочтительно от 6 до 8 часов. В способе, который использовался в рамках данного изобретения, отжиг проводят при температуре на 100-500°C ниже температуры плавления получаемого в результате полупроводникового материала. Предпочтительный температурный диапазон меньше на 150-350°C точки плавления получаемого в результате полупроводникового материала.
Производство термоэлектрических материалов по данному изобретению, в общем, происходит в нагреваемой кварцевой трубе. Смешивание компонентов можно проводить с использованием вращающейся и/или опрокидывающейся печи. После завершения преобразования печь охлаждают. Наконец кварцевую трубу достают из печи, и полупроводниковый материал в форме блоков разрезают на диски, после чего эти диски разрезают на куски примерно от 1 до 5 мм длиной, из которых можно сделать термоэлектрические модули.
Вместо кварцевой трубы можно использовать и трубы из других материалов, инертных к полупроводнику, например, из тантала, которому отдают предпочтение, т.к. теплопроводность этого материала выше таковой у кварца.
Вместо труб можно использовать и другие емкости подходящей формы. И другие материалы, например, графит, можно использовать в качестве материалов емкости, при условии, что они инертны к полупроводниковому материалу.
В рамках данного изобретения охлажденный материал можно перемалывать при подходящей температуре мокрым, сухим или другим подходящим способом, так что получается полупроводниковый материал по данному изобретению с величиной частиц обычно менее 10 мкм. Перемолотый материал по данному изобретению затем подвергают горячему или холодному экструдированию или предпочтительно холодному или горячему прессованию для получения формованных изделий желаемой формы. Объемная плотность формованных деталей, спрессованных таким образом, предпочтительно на 50%, особенно предпочтительно на 80% больше, чем объемная плотность исходного материала в непрессованном состоянии. Соединения, улучшающие уплотнение материала по данному изобретению, можно добавлять в количествах предпочтительно от 0,1 до 5 мас.%, особенно предпочтительно от 0,2 до 2 мас.%, в зависимости от порошкообразного материала по данному изобретению. Добавки, которые добавляют к материалам по данному изобретению, предпочтительно должны быть инертными по отношению к полупроводниковому материалу и предпочтительно во время подогревания до температур ниже температуры спекания материалов по данному изобретению, при необходимости в инертных условиях и/или вакууме должны выделяться из материала по данному изобретению. После прессования прессованные части предпочтительно поступают в печь для спекания, где их подогревают до температуры предпочтительно максимум на 20°C ниже точки плавления.
Прессованные части спекают при температуре, в общем, от, по меньшей мере, 100°C, предпочтительно, по меньшей мере, 200°C, ниже температуры плавления получаемого в результате полупроводникового материала. Обычно температура спекания составляет от 350 до 750°C, предпочтительно от 600 до 700°C. Можно также проводить искровое плазменное спекание (SPS) или микроволновое спекание.
Спекание производят в течение времени предпочтительно, по меньшей мере, от 0,5 часа, особенно предпочтительно от 1 часа, в особенности, по меньшей мере, 2 часа. Обычно время спекания составляет от 0,5 до 5 часов, предпочтительно от 1 до 3 часов. В рамках данного изобретения спекание проводят при температуре на 100 - 600°C ниже температуры плавления получаемого полупроводникового материала. Предпочтительная температура на 150-350°C ниже точки плавления получаемого в результате полупроводникового материала. Предпочтительно спекание проводят под водородом или в среде защитного газа, например аргона.
Таким образом, прессованные части спекают предпочтительно до 95-100% их теоретической насыпной плотности.
В целом, предпочтительным вариантом осуществления способа согласно данному изобретению является способ, который можно охарактеризовать следующими этапами:
(1) сплавление смесей соответствующих элементных компонентов или их сплавов, по меньшей мере, с трех- или четырехкомпонентными соединениями;
(2) дробление материала, полученного на этапе (1);
(3) прессование материала, полученного на этапе (2), до формованных изделий и
(4) спекание формованных изделий, полученных на этапе (3).
Другим предметом данного изобретения является применение описанного выше полупроводникового материала и полупроводникового материала, полученного с помощью описанного выше способа, в качестве термоэлектрического генератора или устройства Пельтье.
Еще одним предметом данного изобретения являются термоэлектрические генераторы или устройства Пельтье, содержащие описанный выше полупроводниковый материала и/или полупроводниковые материалы, полученные с помощью описанного выше способа.
Следующим предметом данного изобретения является способ производства термоэлектрических генераторов или устройств Пельтье, в которых используются включенные последовательно термоэлектрически активные элементы («ветви» ("legs")) с тонкими слоями описанных выше термоэлектрических материалов.
В одном из первых вариантов исполнения данного способа производство термоэлектрических генераторов или устройств Пельтье происходит следующим образом:
Полупроводники по данному изобретению в соответствии с первым типом проводимости (p- или n-легированные) наносят на субстрат с помощью традиционных технологий изготовления полупроводников, в особенности химическое осаждение из газовой фазы (CVD), технологии ионно-плазменного распыления или методом молекулярно-пучковой эпитаксии.
На другой субстрат также наносят полупроводники по данному изобретению с помощью техники ионно-плазменного распыления или эпитаксии методом молекулярного пучка, но при этом тип проводимости этого полупроводника является противоположным по отношению к полупроводниковому материалу, применявшемуся сначала (n- или p-легированные).
Оба субстрата после этого располагаются слоями, так что термоэлектрически активные составляющие («ветви» ("legs")) располагаются по очереди в каждом случае по принципу противоположности заряда.
Отдельные термоэлектрически активные элементы («ветви» ("legs")) при этом имеют диаметр предпочтительно меньше 100 мкм, особенно предпочтительно меньше 50 мкм, наиболее предпочтительно менее 20 мкм и толщину предпочтительно от 5 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 10 до 50 мкм, в особенности от 15 до 30 мкм. Поверхность, занимаемая термоэлектрически активной составляющей, предпочтительно должна быть меньше 1 мм2, особенно предпочтительно меньше 0,5 мм2, наиболее предпочтительно меньше 0,4 мм2.
Во втором варианте исполнения производство термоэлектрических генераторов или устройств Пельтье осуществляется таким образом, что с помощью специальных способов осаждения, например, эпитаксии методом молекулярного пучка, на субстрате получают по очереди слои полупроводниковых материалов по данному изобретению с различным типом проводимости (p- и n-легированные). Толщина слоя составляет при этом предпочтительно от 5 до 100 нм, особенно предпочтительно от 5 до 50 нм, особенно от 5 до 20 нм.
Полупроводниковые материалы по данному изобретению могут также быть соединены с термоэлектрическим генератором или устройством Пельтье с помощью методов, которые сами по себе известны специалистам и описаны, например, в WO 98/44562, US 5,448,109, ЕР-А-1 102 334 или US 5,439,528.
Термоэлектрические генераторы или устройства Пельтье по данному изобретению, в общем, расширяют имеющуюся ширину полосы пропускания на термоэлекрических генераторах и устройствах Пельтье. Изменяя химический состав термоэлектрических генераторов или устройств Пельтье, можно получать различные системы, соответствующие различным требованиям множества вариантов использования. Тем самым, термоэлектрические генераторы или устройства Пельтье по данному изобретению расширяют спектр применения данного изобретения.
Данное изобретение касается также применения термоэлектрического генератора по данному изобретению или устройства Пельтье по данному изобретению.
- в качестве теплового насоса
- для кондиционирования мебели для сидения, транспортных средств и зданий
- в холодильниках и сушилках (для белья)
- для одновременного нагрева и охлаждения потоков веществ в процессах разделения веществ, как то
- абсорбция
- сушка
- кристаллизация
- испарение
- дистилляция
- в качестве генератора для использования источников тепла, таких как
- солнечная энергия
- тепло недр земли
- теплота сгорания ископаемых горючих веществ
- источники отходящего тепла в транспортных средствах и стационарных установках
- теплоотвод при выпаривании жидких веществ
- биологические источники тепла
- для охлаждения электронных блоков.
Кроме того, данное изобретение касается теплового насоса, холодильника, сушилки (для белья) или генератора для использования источников тепла, содержащих, по меньшей мере, один термоэлектрический генератор согласно данному изобретению, или устройство Пельтье согласно данному изобретению, через которые в сушилке (для белья) материал, подлежащий высушиванию, непосредственно или опосредованно подогревается, и через которые непосредственно или опосредованно охлаждается водяной пар или пар растворителя, выделяющийся при сушке.
В предпочтительной форме исполнения сушилкой является сушилка для белья, а материалом, который подвергают сушке, является белье.
Данное изобретение рассматривается подробнее на примерах, приведенных ниже.
Примеры
Коэффициент Зеебека определяется с помощью того, что исследуемый материал располагают между горячим и холодным контактом, которые соответственно электрически поддерживают в одном температурном режиме, причем горячий контакт имеет температуру от 200 до 300°C. Холодная сторона поддерживается при комнатной температуре, так что в результате получают техническую атмосферу (AT) от 150 до 280°C. Измеренное напряжение при соответствующей разности температур между горячим и холодным контактом дает соответственно указанный коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость определяется с помощью измерения в четырех точках при комнатной температуре. Этот метод известен специалистам.
Четырехкомпонентные материалы
Пример 1
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,992Ge0,005Ti0,003Te1,003 (чистота Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Ge≥99,999%, Ti≥99,99%), взвешивали в кварцевой ампуле с внутренним диаметром 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагрели в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 часов. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили при 100 K/ч в вертикальной позиции печи до 600°C, и материал отжигали при этой температуре в течение 24 ч. Затем охладили до комнатной температуры при 60 K/ч.
В результате получили твердый, с серебряным блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной примерно 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=1641,4 См/см, коэффициент Зеебека S=-165,4 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°C, Tгорячая=280°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=44,9 мкВтK-2см.
Пример 2
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,992Ge0,005Zr0,003Te1,003 (чистота Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Ge≥99,999%, Zr≥99,99%), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагрели в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 часов. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили при 100 K/ч в вертикальной позиции печи до 600°C, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 ч. Затем охладили до комнатной температуры при 60 K/ч.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=2485,9 См/см, коэффициент Зеебека S=-132,1 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°С, Tгорячая=285°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=43,4 мкВтK-2см-1.
Пример 3
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,99Bi0,005Al0,005Te1,001(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Al>99,999%, Bi>99,999%), взвешивали в кварцевой ампуле, с внутренним диаметром 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагрели в печи при 100 K/ч до 1000°C и продержали при этой температуре в течение 15 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили до комнатной температуры, отключив печь, приведенную в вертикальное положение.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=992,0 См/см, коэффициент Зеебека S=-154,6 мкВ/K (измерено при Tхолодная=40°С, Tгорячая=280°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=23,7 мкВтK-2см-1.
Пример 4
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,989Ge0,001Al0,001Te1,001(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Ge≥99,999%, Ag≥99,999%), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагрели в печи при 500 К/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили при 100 K/ч до 600°C, отключив печь, приведенную в вертикальное положение, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 часов. После чего охладили при 60 K/ч до комнатной температуры.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=407,3 См/см, коэффициент Зеебека S=326,5 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°С, Tгорячая=290°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=43,4 мкВтK-2см-1.
Пример 5
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,987Ge0,001Sn0,03Te1,001(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Ge≥99,999%, Sn≥99,9985%), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагрели в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили при 100 K/ч до 600°C, отключив печь, приведенную в вертикальное положение, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 часов. После чего охладили при 60 K/ч до комнатной температуры.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=249,4 См/см, коэффициент Зеебека S=290,4 мкВ/K (измерено при Tхолодная=40°С, Tгорячая=285°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=21,0 мкВтK-2см-1.
Трехкомпонентные материалы
Пример 1
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,997Zr0,003Te1,003(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Zr≥99,95%), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагрели в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили при 100 K/ч до 600°C, отключив печь, приведенную в вертикальное положение, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 часов. После чего охладили при 60 K/ч до комнатной температуры.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=3895,7 См/см, коэффициент Зеебека S=-139,4 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°С, Tгорячая=280°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=75,7 мкВтK-2см-1.
Пример 2
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,997Zr0,003Te1,003(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Zr≥99,95%), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагревали в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили при 100 K/ч до 600°C, отключив печь, приведенную в вертикальное положение, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 часов. После чего охладили при 60 K/ч до комнатной температуры.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=3587,4 См/см, коэффициент Зеебека S=-137,7 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°С, Tгорячая=280°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=68,0 мкВтK-2см-1.
Пример 3
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,999Ag0,001Te1,003(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Ag≥99,9999%), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагревали в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили в вертикальном положении при 100 K/ч до 600°C, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 часов. После чего охладили при 60 K/ч до комнатной температуры.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=451,2 См/см, коэффициент Зеебека S=-314,5 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°С, Tгорячая=280°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=44,6 мкВтK-2см-1.
Пример 4
Элементы в виде порошка в количестве, соответствующем следующему составу Pb0,995Cu0,005Te1,003(чистота: Pb≥99,999%, Te≥99,999%, Cu электролитической чистоты), взвешивали в кварцевой ампуле, внутренний диаметр 1 см. Масса пробы составляла 20 г. Ампулу вакуумировали и закрыли. После этого ампулу нагревали в печи при 500 K/ч до 980°C и продержали при этой температуре в течение 6 ч. При этом содержимое ампулы постоянно перемешивали путем вращения печи относительно поперечной оси. По окончании времени реакции охладили в вертикальном положении при 100 K/ч до 600°C, и материал отожгли при этой температуре в течение 24 часов. После чего охладили при 60 K/ч до комнатной температуры.
В результате получили твердый, с серебряный блеском слиток чистого металла, который можно было с легкостью достать из ампулы. С помощью алмазной проволочной пилы из слитка вырезали круглую пластину толщиной прим. 2 мм, затем на ней сначала измерили электрическую проводимость при комнатной температуре, а затем коэффициент Зеебека.
Электрическая проводимость составила σ=1936,5 См/см, коэффициент Зеебека S=-136,7 мкВ/K (измерено при Tхолодная=50°С, Tгорячая=280°C), что соответствует коэффициенту мощности S2σ=36,2 мкВтK-2см-1.

Claims (3)

1. Полупроводниковый материал с проводимостью р- или n-типа на основе легированных теллуридов свинца, содержащий соединение общей формулы (I)
Figure 00000005

со следующими значениями:
в каждом случае независимо n означает количество химических элементов, отличных от Pb и Те,
1 ч./млн≤х1, …, xn≤0,05,
-0,05≤z≤0,05,
n=2,
А1…An - отличные друг от друга и выбраны из группы элементов: Al, Ge, Sn, Bi, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Cu, Ag,
или n=1,
А1 выбран из Zr, Ag, Cu.
2. Полупроводниковый материал согласно п.1, отличающийся тем, что А1…An отличны друг от друга и выбраны из группы элементов:
Ge, Ti, Zr, Hf, Nb, Та, Cu, Ag.
3. Термоэлектрический генератор или устройство Пельтье, содержащее полупроводниковый материал согласно п.1 или 2.
RU2008140844/05A 2006-03-16 2007-01-29 Легированные теллуриды свинца для термоэлектрического применения RU2413042C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP06111281 2006-03-16
EP06111281.9 2006-03-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008140844A RU2008140844A (ru) 2010-04-27
RU2413042C2 true RU2413042C2 (ru) 2011-02-27

Family

ID=38229098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008140844/05A RU2413042C2 (ru) 2006-03-16 2007-01-29 Легированные теллуриды свинца для термоэлектрического применения

Country Status (10)

Country Link
US (1) US8716589B2 (ru)
EP (1) EP1999066A2 (ru)
JP (1) JP5042245B2 (ru)
KR (1) KR101364895B1 (ru)
CN (1) CN101421185B (ru)
CA (1) CA2646191A1 (ru)
RU (1) RU2413042C2 (ru)
TW (1) TW200737556A (ru)
UA (1) UA92213C2 (ru)
WO (1) WO2007104601A2 (ru)

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200933940A (en) * 2007-12-28 2009-08-01 Basf Se Extrusion process for preparing improved thermoelectric materials
US8772622B2 (en) * 2008-02-07 2014-07-08 Basf Se Doped tin tellurides for thermoelectric applications
KR101063938B1 (ko) * 2008-11-13 2011-09-14 한국전기연구원 중저온용 열전재료
CA2756497A1 (en) * 2009-03-24 2010-09-30 Basf Se Self-organising thermoelectric materials
TW201042789A (en) 2009-04-02 2010-12-01 Basf Se Thermoelectric material coated with a protective layer
US20120017963A1 (en) 2009-04-02 2012-01-26 Basf Se Thermoelectric module with insulated substrate
JP2010245492A (ja) * 2009-04-02 2010-10-28 繁 佐藤 熱発電素子構成手段と熱発電素子
WO2011012547A2 (de) 2009-07-27 2011-02-03 Basf Se Verfahren zur herstellung thermoelektrischer halbleitermaterialien und schenkel
CN101656291B (zh) * 2009-09-21 2011-02-09 吉林大学 功能梯度热电材料n-PbTe及其制备方法
CN102403446A (zh) * 2011-11-08 2012-04-04 西华大学 一种在PbTe或PbSe中添加元素铝的热电材料
KR20130126035A (ko) * 2012-05-10 2013-11-20 삼성전자주식회사 왜곡된 전자 상태 밀도를 갖는 열전소재, 이를 포함하는 열전모듈과 열전 장치
CN102808215A (zh) * 2012-06-28 2012-12-05 北京工业大学 大尺寸多元稀土硼化物(Ce0.9Pr0.1)B6单晶体制备方法
US9444025B2 (en) 2013-06-10 2016-09-13 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Method of manufacturing thermoelectric material and thermoelectric material prepared by the method and thermoelectric generator
KR101528589B1 (ko) * 2013-06-10 2015-06-16 연세대학교 산학협력단 열전 재료 제조 방법, 열전 재료 및 열전 발전기
CN103397239A (zh) * 2013-08-08 2013-11-20 常熟市东方特种金属材料厂 高纯度的金属
CN105308766B (zh) 2013-10-04 2017-12-05 株式会社Lg化学 新化合物半导体及其用途
KR101531011B1 (ko) * 2013-11-27 2015-06-25 한국전기연구원 Na이 첨가된 Ag 도핑 PbTe계 열전재료 및 그 제조방법
CN103762301A (zh) * 2014-01-26 2014-04-30 海安县申菱电器制造有限公司 一种内电极为缠绕在绝缘管上的金属线的热电转换器件
WO2016025600A2 (en) 2014-08-12 2016-02-18 Board Of Trustees Of Michigan State University Thermoelectric device and methods for manufacture and use
CN105047808A (zh) * 2015-09-11 2015-11-11 广东雷子克热电工程技术有限公司 一种BiSbTeSe基热电材料
WO2017170911A1 (ja) 2016-03-31 2017-10-05 住友化学株式会社 化合物及び熱電変換材料
EP3439052B8 (en) * 2016-03-31 2021-03-17 Sumitomo Chemical Company, Limited Compound, thermoelectric conversion material, and method for producing compound
CN105755348A (zh) * 2016-04-20 2016-07-13 苏州市相城区明达复合材料厂 一种铸造用光亮镀层合金
KR101816212B1 (ko) * 2016-09-12 2018-01-08 두산중공업 주식회사 연소물의 특성 요소의 영향도 분석 장치
CN106435329A (zh) * 2016-09-30 2017-02-22 无锡市明盛强力风机有限公司 一种金属合金导热材料及其制备方法
JPWO2018123899A1 (ja) * 2016-12-26 2019-10-31 国立大学法人名古屋大学 熱電変換材料および熱電変換素子
KR102573731B1 (ko) * 2018-08-24 2023-08-31 주식회사 엘지화학 칼코겐 화합물, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 열전소자
TWI683910B (zh) * 2018-10-18 2020-02-01 國立中山大學 熱電合金及其製作方法與熱電合金複合物
CN110299444A (zh) * 2019-05-30 2019-10-01 同济大学 一种EuCd2Sb2基热电材料及其制备方法
CN110218888B (zh) * 2019-06-20 2021-05-04 电子科技大学 一种新型Zintl相热电材料及其制备方法
CN110528081A (zh) * 2019-10-08 2019-12-03 西北工业大学 一种LiXSe2多晶化合物与单晶体的合成方法
CN111799360B (zh) * 2020-07-03 2022-08-05 中国科学院合肥物质科学研究院 一种n型PbTe基热电材料及其制备方法
CN112645710B (zh) * 2020-12-11 2022-08-02 哈尔滨石油学院 一种用Er和Ag共掺提高碲化铋基赝三元热电材料热电性能的方法
CN112885948B (zh) * 2021-01-14 2022-07-29 电子科技大学 一种具有高结构稳定性的铜硒基热电材料及其制备方法
CN112968120A (zh) * 2021-03-04 2021-06-15 杭州安誉科技有限公司 一种半导体制冷片及其在实时荧光定量pcr仪中的应用
CN114561687B (zh) * 2022-02-28 2023-11-17 福建师范大学 一种S掺杂MnBi2Te4单晶的制备方法
CN114524417B (zh) * 2022-03-07 2023-07-28 先导薄膜材料(广东)有限公司 一种高收率碲化铅的制备方法
CN114790569B (zh) * 2022-04-22 2023-07-07 福建师范大学 一种制备Se掺杂二维钒基单晶超导材料的方法
CN115650181B (zh) * 2022-10-20 2023-11-17 中国科学院合肥物质科学研究院 一种n型PbTe基热电材料及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3652421A (en) 1968-08-01 1972-03-28 Gen Electric N-type lead telluride
US4447277A (en) * 1982-01-22 1984-05-08 Energy Conversion Devices, Inc. Multiphase thermoelectric alloys and method of making same
JP3170311B2 (ja) * 1991-07-29 2001-05-28 キヤノン株式会社 記録ヘッドおよび記録装置
JPH0685333A (ja) * 1992-09-03 1994-03-25 Idemitsu Petrochem Co Ltd 熱電変換材料の製造法
US6069312A (en) * 1994-01-28 2000-05-30 California Institute Of Technology Thermoelectric materials with filled skutterudite structure for thermoelectric devices
US5448109B1 (en) 1994-03-08 1997-10-07 Tellurex Corp Thermoelectric module
JPH11152503A (ja) * 1997-11-19 1999-06-08 Kubota Corp Pb−Te系化合物粉末の製造方法
KR20000028741A (ko) * 1998-10-12 2000-05-25 안자키 사토루 열전반도체 재료 또는 소자의 제조방법 및 열전모듈의제조방법
AU752619B2 (en) * 1999-03-10 2002-09-26 Sumitomo Special Metals Co., Ltd. Thermoelectric conversion material and method of producing the same
US6225550B1 (en) 1999-09-09 2001-05-01 Symyx Technologies, Inc. Thermoelectric material system
DE19955788A1 (de) 1999-11-19 2001-05-23 Basf Ag Thermoelektrisch aktive Materialien und diese enthaltende Generatoren
JP2003243734A (ja) * 2002-02-14 2003-08-29 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd 熱電変換材料およびその製造方法
US7326851B2 (en) * 2003-04-11 2008-02-05 Basf Aktiengesellschaft Pb-Ge-Te-compounds for thermoelectric generators or Peltier arrangements
CN100452466C (zh) * 2003-09-12 2009-01-14 密歇根州州立大学托管委员会 热电材料及其制备方法、热电元件以及从热能生成电流的方法
US20050150537A1 (en) * 2004-01-13 2005-07-14 Nanocoolers Inc. Thermoelectric devices
JP2005294478A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Dainippon Printing Co Ltd 熱電変換材料
DE102004025066A1 (de) 2004-05-18 2005-12-08 Basf Ag Telluride mit neuen Eigenschaftskombinationen
EP1766698A2 (en) * 2004-06-14 2007-03-28 Delphi Technologies Inc. Thermoelectric materials comprising nanoscale inclusions to enhance seebeck coefficient
US7586033B2 (en) * 2005-05-03 2009-09-08 Massachusetts Institute Of Technology Metal-doped semiconductor nanoparticles and methods of synthesis thereof
US8772622B2 (en) 2008-02-07 2014-07-08 Basf Se Doped tin tellurides for thermoelectric applications

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHISHKO V.F. et al. Photoelectric Properties of Pb 1-x-y Ge y Sn x Te:In Epitaxial Films. Proceedings of the SPIE. 1997, vol.3182, p.115-121. AKIMOV B.A. et al. Thermally induced currents and instabilities of photoresponse in the PbTe(In) based films. Proceedings of the SPIE. 1990, vol.3890, p.208-211. *

Also Published As

Publication number Publication date
JP5042245B2 (ja) 2012-10-03
JP2009529799A (ja) 2009-08-20
WO2007104601A3 (de) 2007-11-22
US20090084422A1 (en) 2009-04-02
CN101421185B (zh) 2014-05-07
TW200737556A (en) 2007-10-01
CN101421185A (zh) 2009-04-29
CA2646191A1 (en) 2007-09-20
KR20080104378A (ko) 2008-12-02
WO2007104601A2 (de) 2007-09-20
EP1999066A2 (de) 2008-12-10
RU2008140844A (ru) 2010-04-27
US8716589B2 (en) 2014-05-06
UA92213C2 (ru) 2010-10-11
KR101364895B1 (ko) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2413042C2 (ru) Легированные теллуриды свинца для термоэлектрического применения
JP5600732B2 (ja) 保護層でコーティングされている熱電材料
JP5468554B2 (ja) 熱電応用のためのドープテルル化スズを含む半導体材料
JP5636419B2 (ja) 自己組織化熱電材料
US20100282285A1 (en) Extrusion process for preparing improved thermoelectric materials
JP5333001B2 (ja) 熱電材料及びその製造方法
US9130066B2 (en) Power factor enhanced thermoelectric material and method of producing same
KR101772392B1 (ko) 산화 및 휘발이 억제되는 열전소자 및 그 제조방법
Zhang et al. Realizing n-type gete through suppressing the formation of cation vacancies and bi-doping
US10937939B2 (en) Thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element
EP4212476A1 (en) Thermoelectric material, method for proudcing same, and thermoelectric power generation element
JP4900819B2 (ja) 熱電材料及びその製造方法
WO2007104603A2 (de) Blei-germanium-telluride fuer thermoelektrische anwendungen
JP2000261046A (ja) 熱電変換材料とその製造方法
Nemoto et al. Characterization of oxide-incorporated n-type Mg2Si prepared by a spark plasma sintering method
Drasar et al. Stacking of Bi2Te3 and FeSi2 for thermoelectric applications

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 6-2011

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130130