Теллурид висмута - Википедия - Bismuth telluride

Теллурид висмута
Монокристалл теллурида висмута.jpg
Монокристалл теллурида висмута
Структура Bi2Te3 2.png
Атомная структура: идеальная (l) и с двойной дефект (р)
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
Характеристики
Би2Te3
Молярная масса800,76 г / моль[1]
Внешностьсерый порошок
Плотность7,74 г / см3[1]
Температура плавления 580 ° С (1076 ° F, 853 К)[1]
нерастворимый[1]
Растворимость в этиловый спиртрастворимый[1]
Структура
Тригональный, 15 грн.
р3м, №166[2]
а = 0,4395 нм, c = 3,044 нм
3
Опасности
Паспорт безопасностиСигма-Олдрич
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгораниянегорючий [3]
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 15 мг / м3 (всего) TWA 5 мг / м3 (соответственно) (чистый)
нет (с допингом сульфид селена ) [3]
REL (Рекомендуемые)
TWA 10 мг / м3 (всего) TWA 5 мг / м3 (соответственно) (чистый) TWA 5 мг / м3 (с добавлением сульфида селена)[3]
IDLH (Непосредственная опасность)
Н.Д. (чистый и легированный)[3]
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Теллурид висмута (Би2Te3) представляет собой серый порошок, который представляет собой соединение висмут и теллур также известен как теллурид висмута (III). Это полупроводник, который при легировании сурьма или же селен, является эффективным термоэлектрический материал для охлаждения или портативной энергетики. Би2Te3 это топологический изолятор, и, таким образом, проявляет физические свойства, зависящие от толщины.

Свойства как термоэлектрического материала

Теллурид висмута представляет собой узкая щель 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] Би2Te3 легко раскалывается по тригональной оси за счет Связь Ван-дер-Ваальса 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 Bi2Te3 компенсируется примерно при комнатной температуре, в результате чего материалы, используемые в устройствах для выработки электроэнергии, должны быть сплавом висмута, сурьмы, теллура и селена.[5]

Недавно исследователи попытались повысить эффективность Bi.2Te3материалов на основе путем создания структур с уменьшенным одним или несколькими размерами, таких как нанопроволоки или тонкие пленки. В одном из таких случаев n-тип было показано, что теллурид висмута улучшает Коэффициент Зеебека (напряжение на единицу разницы температур) −287 мкВ / К при 54 ° C,[6] Однако следует понимать, что коэффициент Зеебека и электрическая проводимость имеют компромисс: более высокий коэффициент Зеебека приводит к уменьшению концентрации носителей и уменьшению электропроводности.[7]

В другом случае исследователи сообщают, что теллурид висмута имеет высокий электрическая проводимость 1,1 × 105 См · м / м2 с очень низкой решеткой теплопроводность 1,20 Вт / (м · К), аналогично обычному стекло.[8]

Свойства как топологического изолятора

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 либо эпитаксия или механическое отшелушивание.

Методы эпитаксиального роста, такие как молекулярно-лучевая эпитаксия и химическое осаждение металлоорганических соединений из паровой фазы, являются распространенными методами получения тонкого Bi2Te3 образцы. Стехиометрия образцов, полученных с помощью таких методов, может сильно различаться между экспериментами, поэтому Рамановская спектроскопия часто используется для определения относительной чистоты. Однако тонкий Bi2Te3 образцы устойчивы к рамановской спектроскопии из-за их низкой температуры плавления и плохого рассеивания тепла.[9]

Кристаллическая структура Bi2Te3 позволяет механическое расслоение тонких образцов путем расслаивания по тригональной оси. Этот процесс значительно ниже по выходу, чем эпитаксиальный рост, но дает образцы без дефектов и примесей. Подобно извлечению графен из объемных образцов графита это делается путем нанесения и удаления самоклеющаяся пленка из последовательно более тонких образцов. Эта процедура была использована для получения Bi2Te3 чешуйки толщиной 1 нм.[10] Однако этот процесс может оставить значительное количество остатков клея на стандартном Si / SiO2 субстрат, которые, в свою очередь, неясны атомно-силовая микроскопия измерения и запретить размещение контактов на подложке в целях тестирования. Обычные методы очистки, такие как кислородная плазма, кипячение ацетон и изопропиловый спирт неэффективны при удалении остатков.[11]

Возникновение и подготовка

В минеральная форма Би2Te3 является теллуровисмутит что встречается умеренно редко. Существует множество природных теллуридов висмута различных стехиометрия, а также соединения системы Bi-Te-S- (Se), такие как Bi2Te2S (тетрадимит ).

Теллурид висмута может быть получен простым запечатыванием смешанных порошков висмута и металлического теллура в кварцевой трубке под вакуумом (что критично, поскольку незапечатанный или протекающий образец может взорваться в печи) и нагреванием его до 800 ° C в муфельная печь.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е 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. Дои:10.1016 / 0025-5408 (93) 90055-И.
  3. ^ а б c d Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0056". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Caywood, L.P .; Миллер, Г. (1970). «Анизотропия поверхностей постоянной энергии в Bi p-типа.2Te3 и Би2Se3 от гальваномагнитных коэффициентов ». Phys. Ред. B. 2 (8): 3209. Bibcode:1970PhRvB ... 2.3209C. Дои:10.1103 / PhysRevB.2.3209.
  5. ^ Satterthwaite, C.B .; Юре Р. (1957). «Электрические и тепловые свойства Bi2Te3". Phys. Rev. 108 (5): 1164. Bibcode:1957ПхРв..108.1164С. Дои:10.1103 / PhysRev.108.1164.
  6. ^ Тан, Дж. (2005). «Термоэлектрические свойства тонких пленок теллурида висмута, осажденных методом радиочастотного магнетронного распыления». Труды SPIE. Труды SPIE. Интеллектуальные датчики, исполнительные механизмы и MEMS II. 5836. С. 711–718. Bibcode:2005SPIE.5836..711T. Дои:10.1117/12.609819.
  7. ^ Goldsmid, H.J .; Шеард А. Р. и Райт Д. А. (1958). «Характеристики термопереходов теллурида висмута». Br. J. Appl. Phys. 9 (9): 365. Bibcode:1958BJAP .... 9..365G. Дои:10.1088/0508-3443/9/9/306.
  8. ^ Takeiishi, M .; и другие. «Измерение теплопроводности тонких пленок теллурида висмута методом 3 Омега» (PDF). 27-й Японский симпозиум по теплофизическим свойствам, 2006 г., Киото. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-06-28. Получено 2009-06-06.
  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. Дои:10.1021 / nl903590b. PMID  20205455.
  10. ^ Тевелдебрхан, Десалень; Баландин, Александр А. (2010). ""Графеноподобное «расслоение атомно-тонких пленок Bi». Транзакции ECS: 103–117. Дои: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. Дои:10.1080/14786435.2012.728009.

внешняя ссылка