Теллурид висмута
 Монокристалл теллурида висмута | |
 Атомное строение: идеальное (л) и с двойником (с) | |
 Электронная микрофотография двойникового теллурида висмута. | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.013.760 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Bi2TeБи2Те3 | |
| Молярная масса | 800.76 g·mol −1 |
| Появление | Серый порошок или кристаллы металлического серого цвета. |
| Плотность | 7,74 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 580 ° C (1076 ° F; 853 К) [1] |
| нерастворимый [1] | |
| Растворимость в этаноле | растворимый [1] |
| Структура | |
| Тригональный , hR15 | |
| Р 3 м, нет. 166 [2] | |
а = 0,4395 нм, с = 3,044 нм | |
Формульные единицы ( Z ) | 3 |
| Опасности | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | негорючий [3] |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
ПЭЛ (допустимо) | СВВ 15 мг/м 3 (всего) TWA 5 мг/м 3 (соответственно) (чистый) нет (легированный сульфидом селена ) [3] |
РЕЛ (рекомендуется) | СВВ 10 мг/м 3 (всего) TWA 5 мг/м 3 (соответственно) (чистый) TWA 5 мг/м 3 (легированный сульфидом селена) [3] |
IDLH (Непосредственная опасность) | НД (чистый и легированный) [3] |
| Паспорт безопасности (SDS) | Сигма-Олдрич |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | |
Другие катионы | Теллурид мышьяка Теллурид сурьмы |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Теллурид висмута ( Bi 2 Te 3 ) представляет собой серый порошок, представляющий собой соединение висмута и теллура, также известное как теллурид висмута (III). Это полупроводник , который в сочетании с сурьмой или селеном является эффективным термоэлектрическим материалом для охлаждения или портативной энергетики. Bi 2 Te 3 является топологическим изолятором и, таким образом, проявляет физические свойства, зависящие от толщины.
Свойства термоэлектрического материала
[ редактировать ]Теллурид висмута представляет собой узкозонный слоистый полупроводник с тригональной элементарной ячейкой. Структуру валентной зоны и зоны проводимости можно описать как многоэллипсоидальную модель с шестью эллипсоидами постоянной энергии, центрированными в плоскостях отражения. [4] Bi 2 Te 3 легко расщепляется вдоль тригональной оси за счет ван-дер-ваальсовых связей между соседними атомами теллура. В связи с этим материалы на основе теллурида висмута, используемые для выработки электроэнергии или охлаждения, должны быть поликристаллическими. Кроме того, коэффициент Зеебека объемного Bi 2 Te 3 компенсируется при комнатной температуре, в результате чего материалы, используемые в устройствах для генерации энергии, представляют собой сплав висмута, сурьмы, теллура и селена. [5]
Недавно исследователи предприняли попытку повысить эффективность Материалы на основе Bi 2 Te 3 путем создания структур, в которых один или несколько размеров уменьшены, например, нанопроволоки или тонкие пленки. В одном из таких случаев было показано, что теллурид висмута n-типа имеет улучшенный коэффициент Зеебека (напряжение на единицу разницы температур) -287 мкВ/К при 54 ° C. [6] Однако следует понимать, что коэффициент Зеебека и электропроводность имеют компромисс: более высокий коэффициент Зеебека приводит к уменьшению концентрации носителей заряда и снижению электропроводности. [7]
В другом случае исследователи сообщают, что теллурид висмута обладает высокой электропроводностью 1,1×10. 5 См·м/м 2 с очень низкой решеточной теплопроводностью 1,20 Вт/(м·К), аналогичной обычному стеклу . [8]
Свойства топологического изолятора
[ редактировать ]Теллурид висмута — хорошо изученный топологический изолятор. Было показано, что его физические свойства изменяются при сильно уменьшенной толщине, когда его проводящие поверхностные состояния обнажены и изолированы. Эти тонкие образцы получают путем эпитаксии или механического отшелушивания.
Методы эпитаксиального роста, такие как молекулярно-лучевая эпитаксия и химическое осаждение металлоорганических соединений из паровой фазы, являются распространенными методами получения тонких Bi 2 Te 3 Образцы . Стехиометрия образцов, полученных с помощью таких методов, может сильно различаться в разных экспериментах, поэтому рамановская спектроскопия для определения относительной чистоты часто используется . Однако тонкий Образцы Bi 2 Te 3 устойчивы к рамановской спектроскопии из-за низкой температуры плавления и плохого рассеивания тепла. [9]
Кристаллическая структура Bi 2 Te 3 позволяет осуществлять механическое расслоение тонких образцов путем скола по тригональной оси. Выход этого процесса значительно ниже, чем у эпитаксиального выращивания, но при этом получаются образцы без дефектов и примесей. Подобно извлечению графена из объемных образцов графита, это делается путем нанесения и удаления клейкой ленты с последовательно уменьшающихся образцов. Эта процедура использовалась для получения Чешуйки Bi 2 Te 3 толщиной 1 нм. [10] Однако этот процесс может оставить значительные количества остатков клея на стандартной Si/SiO 2 подложке , что, в свою очередь, затрудняет измерения атомно-силовой микроскопией и препятствует размещению 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
[ редактировать ]Минеральная форма Bi 2 Te 3 – теллуробисмутит , встречается умеренно редко. [12] [13] Существует множество природных теллуридов висмута различной стехиометрии , а также соединений системы Bi-Te-S-(Se), таких как Bi 2 Te 2 S ( тетрадимит ). Эти теллуриды висмута входят в группу минералов тетрадимита. [14]
Теллурид висмута можно получить просто путем герметизации смешанных порошков висмута и металлического теллура в кварцевой трубке под вакуумом (это критично, поскольку незагерметизированный или протекающий образец может взорваться в печи) и нагревания его до 800 ° C в муфельной печи .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.52. ISBN 1-4398-5511-0 .
- ^ Фойтеле, Ю.; Лежандр, Б.; Родье, Н.; Агафонов, В. (1993). «Исследование фаз в системе висмут – теллур». Бюллетень исследования материалов . 28 (6): 591. doi : 10.1016/0025-5408(93)90055-I .
- ^ Jump up to: а б с д Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0056» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Кейвуд, LP; Миллер, Г. (1970). «Анизотропия поверхностей постоянной энергии в Bi 2 Te 3 и Bi 2 Se 3 p-типа от гальваномагнитных коэффициентов». Физ. Преподобный Б. 2 (8): 3209. Бибкод : 1970PhRvB...2.3209C . дои : 10.1103/PhysRevB.2.3209 .
- ^ Саттертуэйт, CB; Юр, Р. (1957). «Электрические и термические свойства Bi 2 Te 3 ». Физ. Преподобный . 108 (5): 1164. Бибкод : 1957PhRv..108.1164S . дои : 10.1103/PhysRev.108.1164 .
- ^ Тан, Дж. (2005). «Термоэлектрические свойства тонких пленок теллурида висмута, нанесенных радиочастотным магнетронным распылением». В Кейне, Карлес; Цзяо, Юнг-Чи; Видаль Верду, Фернандо (ред.). Интеллектуальные датчики, приводы и MEMS II . Том. 5836. стр. 711–718. Бибкод : 2005SPIE.5836..711T . дои : 10.1117/12.609819 . S2CID 123199126 .
{{cite book}}:|journal=игнорируется ( помогите ) - ^ Голдсмид, HJ; Шеард, А.Р. и Райт, Д.А. (1958). «Работа термопереходов теллурида висмута». Бр. Дж. Прил. Физ . 9 (9): 365. Бибкод : 1958BJAP....9..365G . дои : 10.1088/0508-3443/9/9/306 .
- ^ Такейиси, М.; и др. «Измерения теплопроводности тонких пленок теллурида висмута с использованием метода 3 Omega» (PDF) . 27-й Японский симпозиум по теплофизическим свойствам, 2006 г., Киото. Архивировано из оригинала (PDF) 28 июня 2007 г. Проверено 6 июня 2009 г.
- ^ Тевелдебран, Д.; Гоял, В.; Баландин, А.А. (2010). «От графена к теллуриду висмута: механическое расслоение квази-2D кристаллов для применения в термоэлектриках и топологических изоляторах». Нано-буквы . 10 (12): 1209–18. Бибкод : 2010NanoL..10.1209T . дои : 10.1021/nl903590b . ПМИД 20205455 .
- ^ Тевелдебран, Дезалень; Баландин, Александр А. (2010). « «Графеноподобное» отшелушивание атомно-тонких пленок би». Транзакции ECS : 103–117. дои : 10.1149/1.3485611 . S2CID 139017503 .
- ^ Чилдрес, Исаак; Тянь, Цзифа; Миотковский, Иренеуш; Чен, Юн (2013). «АСМ и рамановские исследования топологических изоляционных материалов, подвергнутых аргонно-плазменному травлению». Философский журнал . 93 (6): 681–689. arXiv : 1209.2919 . Бибкод : 2013PMag...93..681C . дои : 10.1080/14786435.2012.728009 . S2CID 38149843 .
- ^ «Теллуробисмутит» . Mindat.org . Проверено 28 ноября 2023 г.
- ^ Кингсбери, AWG (1965). «Теллурвисмут и менегинит, два минерала, впервые появившиеся в Британии» . Минералогический журнал и журнал Минералогического общества . 35 (270): 424–426. Бибкод : 1965MinM...35..424K . дои : 10.1180/minmag.1965.035.270.19 . ISSN 0369-0148 .
- ^ «Группа Тетрадимит» . Mindat.org . Проверено 28 ноября 2023 г.
