Теллурид свинца

Химическое соединение

ячейка PbTe

Теллурид свинца — это соединение свинца и теллура (PbTe). Он кристаллизуется в кристаллической структуре NaCl, где атомы Pb занимают катионную решетку, а Te образует анионную решетку. Это узкозонный полупроводник с шириной запрещенной зоны 0,32 эВ. ^[4] Он встречается в природе как минерал алтаит .

Характеристики

• Диэлектрическая проницаемость ~1000.
• Эффективная масса электрона ~ 0,01 m e
• Подвижность дырок, μ _p = 600 см ²  В ⁻¹  с ⁻¹ (0 К); 4000 см ²  В ⁻¹  с ⁻¹ (300 К)

Приложения

PbTe оказался очень важным промежуточным термоэлектрическим материалом . Характеристики термоэлектрических материалов можно оценить с помощью показателя качества, , где — коэффициент Зеебека , — электропроводность , — теплопроводность . Для улучшения термоэлектрических характеристик материалов необходимо максимизировать коэффициент мощности ( ), а теплопроводность — минимизировать. ^[5] ${\displaystyle ZT=S^{2}\sigma T/\kappa }$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle \sigma }$ ${\displaystyle \kappa }$ ${\displaystyle S^{2}\sigma }$

Система PbTe может быть оптимизирована для приложений генерации электроэнергии путем улучшения коэффициента мощности с помощью зонной инженерии. Она может быть легирована либо n-типа, либо p-типа соответствующими легирующими примесями. Галогены часто используются в качестве легирующих агентов n-типа. PbCl ₂ , PbBr ₂ и PbI ₂ обычно используются для создания донорных центров. Другие легирующие агенты n-типа, такие как Bi ₂ Te ₃ , TaTe ₂ , MnTe ₂ , будут замещать Pb и создавать незаряженные вакантные Pb-сайты. Эти вакантные сайты впоследствии заполняются атомами из избытка свинца, а валентные электроны этих вакантных атомов будут диффундировать через кристалл. Обычными легирующими агентами p-типа являются Na ₂ Te, K ₂ Te и Ag ₂ Te. Они замещают Te и создают вакантные незаряженные сайты Te. Эти сайты заполняются атомами Te, которые ионизируются для создания дополнительных положительных дырок. ^[6] Сообщается, что при проектировании запрещенной зоны максимальный zT PbTe составляет 0,8–1,0 при температуре ~650 К.

Сотрудничество в Северо-Западном университете повысило zT PbTe за счет значительного снижения его теплопроводности с использованием «иерархической архитектуры всех масштабов». ^[7] При таком подходе точечные дефекты, наномасштабные выделения и мезомасштабные границы зерен вводятся как эффективные центры рассеяния для фононов с различной длиной свободного пробега, не влияя на транспорт носителей заряда. При применении этого метода рекордное значение zT PbTe, достигнутое в системе PbTe-SrTe, легированной Na, составляет приблизительно 2,2. ^[8]

Кроме того, PbTe часто сплавляют с оловом для получения теллурида свинца-олова , который используется в качестве материала для инфракрасных детекторов .

Смотрите также

• Yellow Duckling , который использовал датчик на основе теллурида свинца для создания первой инфракрасной линейной камеры.

Ссылки

1. Лид, Дэвид Р. (1998), Справочник по химии и физике (87-е изд.), Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, стр. 4–65, ISBN 978-0-8493-0594-8
2. Справочник CRC, стр. 5–24.
3. Лоусон, Уильям Д. (1951). «Метод выращивания монокристаллов теллурида и селенида свинца». J. Appl. Phys. 22 (12): 1444–1447. doi :10.1063/1.1699890.
4. Канацидис, Меркури Г. (2009-10-07). «Наноструктурированные термоэлектрики: новая парадигма? †». Химия материалов . 22 (3): 648–659. doi :10.1021/cm902195j.
5. He, Jiaqing; Kanatzidis, Mercouri G.; Dravid, Vinayak P. (2013-05-01). «Высокопроизводительные объемные термоэлектрики с помощью паноскопического подхода». Materials Today . 16 (5): 166–176. doi : 10.1016/j.mattod.2013.05.004 .
6. Дугайш, ZH (2002-09-01). «Теллурид свинца как термоэлектрический материал для термоэлектрической генерации энергии». Physica B: Condensed Matter . 322 (1–2): 205–223. Bibcode : 2002PhyB..322..205D. doi : 10.1016/S0921-4526(02)01187-0.
7. Biswas, Kanishka; He, Jiaqing; Zhang, Qichun; Wang, Guoyu; Uher, Ctirad; Dravid, Vinayak P.; Kanatzidis, Mercouri G. (2011-02-01). "Напряженные эндотаксиальные наноструктуры с высокой термоэлектрической добротностью". Nature Chemistry . 3 (2): 160–166. Bibcode :2011NatCh...3..160B. doi :10.1038/nchem.955. ISSN  1755-4330. PMID  21258390.
8. Бисвас, Канишка; Хе, Цзяцин; Блюм, Иван Д.; Ву, Чун-И.; Хоган, Тимоти П.; Сейдман, Дэвид Н.; Дравид, Винаяк П.; Канатзидис, Меркури Г. (2012-09-20). «Высокопроизводительные объемные термоэлектрики с иерархической архитектурой всех масштабов». Nature . 489 (7416): 414–418. Bibcode :2012Natur.489..414B. doi :10.1038/nature11439. ISSN  0028-0836. PMID  22996556. S2CID  4394616.

Внешние ссылки

• Национальный реестр загрязняющих веществ. Информационный бюллетень по свинцу и его соединениям.
• Веб-элементы