Исследование давления насыщенного пара твердого раствора Bi2Te3-Bi2Se3 и твердого раствора с легирующей добавкой



В работе показаны результаты исследований и разработок по получению легированного материала Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ с новой легирующей добавкой. Для того, чтобы определить, как повлияла эта добавка на изменение упругости пара Bi₂Te₃-Bi₂Se_3, были проведены измерения упругости пара легированного материала.

Ключевые слова: термоэлемент, рабочая температура, легирующая добавка, давление насыщенного пара, Bi₂Te₃- Bi₂Se_3.

In this work, show results about science works and technologies for getting ligate material Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ with new pluses. For descriptive, how did in this situation this pluses and for control pliability of the Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ was new works for control this pliability in other materials this it.

Keywords: term element, work temperature, ligates pluses, saturated steam pressure, Bi₂Te₃- Bi₂Se₃.

Верхний передел рабочей температуры термоэлемента определяется упругостью паров термоэлектрического материала. В настоящем исследовании был разработан материал Bi₂Te₃-Bi₂Se₃, легированный новой соединяемой с ним добавкой.

Исследование проводились эффузионным методом Кнудсона [1, 4] по потере веса камеры с веществом.

1. Твердый раствор Bi₂Te₃- Bi₂Se₃ сновой легирующей добавкой

Давление пара Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ с легирующей добавкой измерено в интервале 703–823⁰К. Испаряемый материал содержал 80 % моль Bi₂Te₃ и 20 % моль Bi₂Se₃, и 0,04 % весовой легирующей добавкой аммоний йодистый. Испарение материала осуществлялось в кварцевой эффузионной камере, калиброванной по хлористому калию.

Изменение состава сплавов во время опыта не учитывалось, так как полная потеря вещества после завершения всей серии измерений с одним составом не превышала 0,5 % веса. Для каждого опыта по потере веса в эффузионной камере рассчитывалось количество испарившегося теллурида висмута и селенида висмута. Результаты исследования представлены в ниже приведённой таблице 1.

Таблица 1

Результаты измерения парциального давления пара теллурида висмута иселенида висмута над сплавом 80% моли Bi₂Te_3–20% моли Bi₂Se₃

Интервал Измерения 0К	1/Т*103 1/К0	Время, сек.	Bi2Te3			Bi2 Se3
			Потери ввесе, m∙104г	Давление пара, Р мм.рт.ст	𝓁g Р, мм.рт.ст.	Потери ввесе, m∙104г/	Давление пара, Р мм. рт. ст	𝓁gР, мм.рт.ст.
703	1,420	14400	3,32	1,26∙10–4	3,8995	0,63	2,82∙10–4	4,5498
723	1,380	10800	6,64	3,72∙10–4	3,4295	1,36	7,70∙10–4	4,1135
743	1,347	14400	16,00	6,23∙10–4	3,2055	4,00	1,72∙10–4	3,7645
763	1,310	9000	23,24	1,47∙10–4	2,8327	4,76	3,31∙10–4	3,4802
783	1,277	7200	41,5	3,31∙10–4	2,4802	8,5	7,52∙10–4	3,1238
803	1,245	7200	119,52	0,97∙10–4	2,0132	24,48	2,19∙10–4	2,6595
823	1,215	7200	343,74	2,57∙10–4	1,5901	64,26	5,79∙10–4	2,2373

По результатам измерений рассчитано парциальное давление паров и получены следующие уравнения:

gP_{мм.рт.ст} = + 11,71 (Bi₂Te₃) (1)

g P_{мм.рт.ст} = + 11,916 (Bi₂Se₃) (2)

Графический зависимость= f(1/T) для парциальных давлений теллурида висмута и селенида висмута с легирующей добавкой представлена на рис.1.

𝓁gP,

мм.рт.ст.

Рис. 1. Давление насыщенного пара Bi₂Te₃- Bi₂Se₃, NH₄J в интервале температур 703–823⁰С. 1-для чистого Bi₂Te₃- Bi₂Se₃ [2]. 2-по нашим данным

2. Твердый раствор слегирующей добавкой

Одним из способов легирования тройного сплава является предварительное изготовление лигатуры путем сплавления теллура с легирующей добавкой. Легированной теллур использовался в далнейшем для приготовления шихты тройного сплава. Для оценки испарения такого теллура в процессе сплавления шихты необходимо знать давление его насыщенного пара.

Для определения давления насыщенного пара теллура, легирванного новой легирующей добавкой, был сплавлен теллур с легирующей добавкой в количестве 0,01 % веса. Измерение проводились в интервале температур 593–683⁰ К [3]. Результаты исследований приводятся в таблице 2.

Таблица 2

Интервал измерения 0К	1/Т*103 1/К0	Время, сек.	Потери ввесе, m∙104г	Давление пара,Р мм.рт.ст	𝓁gР, мм.рт.ст
593	1,686	7200	0,0012	0,204	2,7904
603	1,658	7200	0,0028	0,496	2,6036
613	1,347	10800	0,0039	0369	2,433
623	1,605	10200	0,0184	1,170	1,932
633	1,580	10800	0,0080	0,769	2,11
643	1,555	12600	0,0265	2,201	1,657
653	1,531	10800	0,0272	2,656	1,576
663	1,506	10800	0,0472	4,644	1,333
673	1,486	10800	0,059	5,848	1,233
683	1,464	10800	0,0654	6,531	1,185

По результатам измерений расчитано парциальное давление паров и получено уравнение:

g P_{мм.рт.ст} = + 10,112 (3)

Графический зависимость gP=f(1/T) для парциальных давлений теллура с легирующей добавкой представлена на рис.2.

Обсуждение результатов

Из полученных результатов следует, что графическая зависимость для парциальных давлений висмута и селенида висмута с добавкой (рис.1) хорошо согласуется, он также был получен в работе [3] для чистого теллурида висмута и селенида висмута. Согласно кривым, представленным на рис.1 можно сделать вывод, что сплавления малых количеств легирующих добавок с шихтой тройного сплава приводит к незначительному изменению давления насыщенного пара твёрдых растворов. Исследование давления, насыщенного пара теллурида с добавкой к чистому теллуру не сказывает заметного изменения давления насыщенного пара теллура.

𝓁gP,

мм.рт.ст.

Рис. 2. Давление насыщенного пара твёрдого теллура с легирующей добавкой в интервале температур 593^0–683⁰К. 1- для чистого материала [2]. 2- по нашим данным

Проведённые исследования показали, что испарение твёрдых растворов Bi₂Te₃-Bi₂Se₃ с легирующей добавкой, при рабочей температуре термоэлемента, незначительно, и оно не может препятствовать использованию их в качестве рабочих тел термо-электорогенератора. Использование лигатуры теллурида возможно при получения легированных сплавов Bi₂Te₃-Bi₂Se₃, т. к. упругость пара лигатуры практически не отличается от упругости пара чистого теллура.

Литература:

1. Knudsen.M. J.Ann.Phys, 1969, 28, C.75.
2. Горбов.М.И., Крестовников А. Н.-Изв. АН Россия. Серия неоргонические материалы, 1966, 2, № 9, С.1702.
3. Устюгов Г. П., Вигдорович Е. Н.- Изв. АН Россия. Серия неоргонические материалы, 1969, 5, № 1, С.166.
4. Горлек С. С., Лашевский М. Я., Материаловедение полупроводников и диэлектириков: Учебник для вузов. -М.: МИСиС, 2003.