Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Теллурид висмута
Монокристалл теллурида висмута.jpg
Монокристалл теллурида висмута
Структура Bi2Te3 2.png
Атомная структура: идеальная (l) и с двойным дефектом (r)
Двойник в Bi2Te3 3.jpg
Электронная микрофотография двойникового теллурида висмута
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.013.760 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-135-2
UNII
  • InChI = 1S / 2Bi.3Te / q2 * + 3; 3 * -2 проверитьY
    Ключ: AZFMNKUWQAGOBM-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / 2Bi.3Te / q2 * + 3; 3 * -2
    Ключ: AZFMNKUWQAGOBM-UHFFFAOYAF
  • [Те-2]. [Те-2]. [Те-2]. [Би + 3]. [Би + 3]
Характеристики
Би 2 Те 3
Молярная масса800,76 г / моль [1]
Внешностьсерый порошок
Плотность7,74 г / см 3 [1]
Температура плавления580 ° С (1076 ° F, 853 К) [1]
нерастворимый [1]
Растворимость в этанолерастворимый [1]
Структура
Тригональный , hR15
Р 3 м, № 166 [2]
а  = 0,4395 нм, с  = 3,044 нм
3
Опасности
Паспорт безопасностиСигма-Олдрич
NFPA 704 (огненный алмаз)
0
0
точка возгораниянегорючие [3]
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 15 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно) (чистый)
нет (с примесью сульфида селена ) [3]
REL (рекомендуется)
TWA 10 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно) (чистый) TWA 5 мг / м 3 (с добавлением сульфида селена) [3]
IDLH (Непосредственная опасность)
НА (чистый и легированный) [3]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Теллурид висмута (Bi 2 Te 3 ) представляет собой серый порошок, который представляет собой соединение висмута и теллура, также известное как теллурид висмута (III). Это полупроводник , который при легировании сурьмой или селеном является эффективным термоэлектрическим материалом для охлаждения или портативного производства электроэнергии. Bi 2 Te 3 является топологическим изолятором и, таким образом, проявляет физические свойства, зависящие от толщины.

Свойства термоэлектрического материала [ править ]

Теллурид висмута представляет собой узкозонный слоистый полупроводник с тригональной элементарной ячейкой. Структуру валентной зоны и зоны проводимости можно описать как многоэллипсоидальную модель с 6 эллипсоидами постоянной энергии, центрированными в плоскостях отражения. [4] Bi 2 Te 3 легко расщепляется вдоль тригональной оси из-за ван-дер-ваальсовых связей между соседними атомами теллура. По этой причине материалы на основе теллурида висмута, используемые для выработки электроэнергии или охлаждения, должны быть поликристаллическими. Кроме того, коэффициент Зеебека объемного Bi 2 Te 3компенсируется примерно при комнатной температуре, в результате чего материалы, используемые в устройствах для выработки энергии, должны быть сплавом висмута, сурьмы, теллура и селена. [5]

Недавно исследователи попытались повысить эффективность материалов на основе Bi 2 Te 3 , создав структуры, в которых один или несколько размеров уменьшены, например нанопроволоки или тонкие пленки. В одном из таких случаев теллурид висмута n-типа показал улучшенный коэффициент Зеебека (напряжение на единицу разницы температур) -287 мкВ / К при 54 ° C [6]. Однако необходимо понимать, что коэффициент Зеебека и электрическая проводимость имеют компромисс: более высокий коэффициент Зеебека приводит к снижению концентрации носителей и уменьшению электропроводности. [7]

В другом случае исследователи сообщают, что теллурид висмута имеет высокую электропроводность 1,1 × 10 5 См / м 2 с очень низкой решеточной теплопроводностью 1,20 Вт / (м · К), как и у обычного стекла . [8]

Свойства как топологический изолятор [ править ]

Теллурид висмута - хорошо изученный топологический изолятор. Было показано, что его физические свойства изменяются при сильно уменьшенных толщинах, когда его проводящие поверхностные состояния обнажены и изолированы. Эти тонкие образцы получают путем эпитаксии или механического расслоения.

Методы эпитаксиального роста, такие как молекулярно-лучевая эпитаксия и химическое осаждение металлорганических соединений из газовой фазы, являются обычными методами получения тонких образцов Bi 2 Te 3 . Стехиометрия образцов, полученных с помощью таких методов, может сильно различаться в зависимости от эксперимента, поэтому для определения относительной чистоты часто используется рамановская спектроскопия . Однако тонкие образцы Bi 2 Te 3 устойчивы к рамановской спектроскопии из-за их низкой температуры плавления и плохого рассеивания тепла. [9]

Кристаллическая структура Bi 2 Te 3 допускает механическое расслоение тонких образцов за счет скола вдоль тригональной оси. Этот процесс значительно ниже по выходу, чем эпитаксиальный рост, но дает образцы без дефектов и примесей. Подобно извлечению графена из объемных образцов графита, это осуществляется путем наложения и удаления клейкой ленты с последовательно более тонких образцов. Эта процедура была использована для получения чешуек Bi 2 Te 3 толщиной 1 нм. [10] Однако этот процесс может оставить значительное количество остатков клея на стандартной подложке Si / SiO 2 , что, в свою очередь, затрудняет пониманиеизмерения с помощью атомно-силовой микроскопии и запрет на размещение контактов на подложке в целях тестирования. Обычные методы очистки, такие как кислородная плазма, кипящий ацетон и изопропиловый спирт , неэффективны для удаления остатков. [11]

Возникновение и подготовка [ править ]

Минеральная форма Bi 2 Te 3 является tellurobismuthite , которые умеренно редки. Существует множество природных теллуридов висмута разной стехиометрии , а также соединений системы Bi-Te-S- (Se), таких как Bi 2 Te 2 S ( тетрадимит ).

Теллурид висмута может быть получен просто путем запечатывания смешанных порошков висмута и металлического теллура в кварцевой трубке под вакуумом (что критично, поскольку незапечатанный или протекающий образец может взорваться в печи) и нагревания его до 800 ° C в муфельной печи .

См. Также [ править ]

  • Термоэлектрические материалы
  • Термоэлектрический эффект
  • Топологический изолятор

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e Хейнс, Уильям М., изд. (2011). CRC Справочник по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.52. ISBN 1439855110.
  2. ^ Feutelais, Y .; Legendre, B .; Rodier, N .; Агафонов, В. (1993). «Исследование фаз в системе висмут - теллур». Бюллетень материаловедения . 28 (6): 591. DOI : 10.1016 / 0025-5408 (93) 90055-I .
  3. ^ a b c d Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0056» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Caywood, LP; Миллер, Г. (1970). «Анизотропия поверхностей постоянной энергии в Bi 2 Te 3 и Bi 2 Se 3 p-типа от гальваномагнитных коэффициентов». Phys. Rev. B . 2 (8): 3209. Bibcode : 1970PhRvB ... 2.3209C . DOI : 10.1103 / PhysRevB.2.3209 .
  5. ^ Саттертуэйт, CB; Юре Р. (1957). «Электрические и термические свойства Bi 2 Te 3 ». Phys. Ред . 108 (5): 1164. Bibcode : 1957PhRv..108.1164S . DOI : 10.1103 / PhysRev.108.1164 .
  6. ^ Тан, Дж. (2005). «Термоэлектрические свойства тонких пленок теллурида висмута, осажденных методом радиочастотного магнетронного распыления». Труды SPIE . Труды ШПИ . Интеллектуальные датчики, исполнительные механизмы и MEMS II. 5836 . С. 711–718. Bibcode : 2005SPIE.5836..711T . DOI : 10.1117 / 12.609819 .
  7. ^ Голдсмид, HJ; Шеард, А. Р. и Райт, Д. А. (1958). «Характеристики термопереходов теллурида висмута». Br. J. Appl. Phys . 9 (9): 365. Bibcode : 1958BJAP .... 9..365G . DOI : 10.1088 / 0508-3443 / 9/9/306 .
  8. ^ Takeiishi, M .; и другие. «Измерение теплопроводности тонких пленок теллурида висмута с использованием метода 3 Омега» (PDF) . 27-й Японский симпозиум по теплофизическим свойствам, 2006 г., Киото. Архивировано из оригинального (PDF) 28 июня 2007 года . Проверено 6 июня 2009 .
  9. ^ Teweldebrhan, D .; Гоял, В .; Баландин, А. А (2010). «От графена до теллурида висмута: механическое расслоение квази-2D кристаллов для применения в термоэлектриках и топологических изоляторах». Нано-буквы . 10 (12): 1209–18. Bibcode : 2010NanoL..10.1209T . DOI : 10.1021 / nl903590b . PMID 20205455 . 
  10. ^ Teweldebrhan, Desalegne; Баландин, Александр А. (2010). « » Graphene-Like «Отслоение Атомно-тонких пленок Bi». Транзакции ECS : 103–117. DOI : 10.1149 / 1.3485611 .
  11. ^ Чилдрес, Исаак; Тиан, Джифа; Миотковский, Иренеуш; Чен, Юн (2013). «АСМ и рамановские исследования материалов топологических изоляторов, подвергнутых травлению аргоновой плазмой». Философский журнал . 93 (6): 681–689. arXiv : 1209.2919 . Bibcode : 2013PMag ... 93..681C . DOI : 10.1080 / 14786435.2012.728009 .

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с теллуридом висмута, на Викискладе?
  • Теллурид висмута и его сплавы (глава 4.5 диссертации Мартина Вагнера)
  • CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности - теллурид висмута, нелегированный