Tellurek bizmutu - Bismuth telluride
 Pojedynczy kryształ tellurku bizmutu
|
|
 Struktura atomowa: idealna (l) i z defektem bliźniaczym (r)
|
|
 Zdjęcie z mikroskopu elektronowego bliźniaczego tellurku bizmutu
|
|
| Identyfikatory | |
|---|---|
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA |
100.013.760 
|
| Numer WE | |
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
| UNII | |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| Bi 2 Te 3 | |
| Masa cząsteczkowa | 800,76 g/mol |
| Wygląd zewnętrzny | szary proszek |
| Gęstość | 7,74 g / cm 3 |
| Temperatura topnienia | 580 ° C (1076 ° F; 853 K) |
| nierozpuszczalny | |
| Rozpuszczalność w etanolu | rozpuszczalny |
| Struktura | |
| trójkątny , hR15 | |
| R 3 m, nr 166 | |
|
a = 0,4395 nm, c = 3,044 nm
|
|
|
Jednostki wzoru ( Z )
|
3 |
| Zagrożenia | |
| Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa | Sigma-Aldrich |
| NFPA 704 (ognisty diament) | |
| Temperatura zapłonu | niepalny |
| NIOSH (limity ekspozycji dla zdrowia w USA): | |
|
PEL (dopuszczalne)
|
TWA 15 mg/m 3 (całkowita) TWA 5 mg/m 3 (odp.) (czysty) brak (domieszkowany siarczkiem selenu ) |
|
REL (zalecane)
|
TWA 10 mg/m 3 (całkowita) TWA 5 mg/m 3 (odp.) (czysty) TWA 5 mg/m 3 (domieszkowany siarczkiem selenu) |
|
IDLH (Bezpośrednie niebezpieczeństwo)
|
ND (czysty i domieszkowany) |
| Związki pokrewne | |
|
Inne aniony
|
Tlenek bizmutu(III) Trisiarczek bizmutu Selenek bizmutu |
|
Inne kationy
|
Tellurku arsenu Tellurku antymonu |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
|
 zweryfikuj ( co to jest ?)
  |
|
| Referencje do infoboksu | |
Tellurek bizmutu (Bi 2 Te 3 ) jest szarym proszkiem, który jest związkiem bizmutu i telluru, znanym również jako tellurek bizmutu(III). Jest to półprzewodnik , który po zmieszaniu z antymonem lub selenem jest wydajnym materiałem termoelektrycznym do chłodnictwa lub przenośnego wytwarzania energii. Bi 2 Te 3 jest izolatorem topologicznym , a zatem wykazuje właściwości fizyczne zależne od grubości.
Właściwości jako materiał termoelektryczny
Tellurek bizmutu jest półprzewodnikiem warstwowym o wąskiej szczelinie z trygonalną komórką elementarną . Strukturę pasma walencyjnego i przewodnictwa można opisać jako model wieloelipsoidalny z 6 elipsoidami o stałej energii, które są wyśrodkowane na płaszczyznach odbicia. Bi 2 Te 3 łatwo rozszczepia się wzdłuż osi trygonalnej z powodu wiązania Van der Waalsa pomiędzy sąsiednimi atomami telluru. Z tego powodu materiały na bazie bizmutu-tellurydu stosowane do wytwarzania energii lub chłodzenia muszą być polikrystaliczne. Co więcej, współczynnik Seebecka dla objętościowego Bi 2 Te 3 zostaje skompensowany wokół temperatury pokojowej, zmuszając materiały stosowane w urządzeniach do wytwarzania energii do stopu bizmutu, antymonu, telluru i selenu.
Ostatnio naukowcy próbowali poprawić wydajność materiałów na bazie Bi 2 Te 3 , tworząc struktury, w których jeden lub więcej wymiarów jest zredukowanych, takich jak nanodruty lub cienkie folie. W jednym z takich przypadków wykazano, że tellurek bizmutu typu n ma ulepszony współczynnik Seebecka (napięcie na jednostkę różnicy temperatur) wynoszący -287 μV/K w temperaturze 54 °C. Należy jednak zdać sobie sprawę, że współczynnik Seebecka i przewodność elektryczna mają kompromis: wyższy współczynnik Seebecka powoduje zmniejszenie stężenia nośnika i zmniejszenie przewodności elektrycznej.
W innym przypadku, badacze że bizmut tellurku ma wysoką przewodność elektryczną, na 1,1 x 10 5 S · m / m 2 w bardzo niskiej kraty przewodności cieplnej 1,20 W / (m • K), podobne do zwykłego szkła .
Właściwości jako izolator topologiczny
Tellurek bizmutu jest dobrze przebadanym izolatorem topologicznym. Wykazano, że jego właściwości fizyczne zmieniają się przy znacznie zmniejszonych grubościach, gdy stany powierzchni przewodzącej są odsłonięte i odizolowane. Te cienkie próbki uzyskuje się poprzez epitaksję lub eksfoliację mechaniczną.
Metody wzrostu epitaksjalnego, takie jak epitaksja z wiązek molekularnych i chemiczne osadzanie z fazy gazowej metali organicznych, są powszechnymi metodami otrzymywania cienkich próbek Bi 2 Te 3 . Stechiometria próbek otrzymanych takimi technikami może się znacznie różnić między eksperymentami, dlatego spektroskopia Ramana jest często wykorzystywana do określania względnej czystości. Jednak cienkie próbki Bi 2 Te 3 są odporne na spektroskopię Ramana ze względu na ich niską temperaturę topnienia i słabą dyspersję ciepła.
Krystaliczna struktura Bi 2 Te 3 pozwala na mechaniczną eksfoliację cienkich próbek poprzez cięcie wzdłuż osi trygonalnej. Proces ten ma znacznie niższą wydajność niż wzrost epitaksjalny, ale daje próbki bez defektów i zanieczyszczeń. Podobnie jak w przypadku ekstrakcji grafenu z masowych próbek grafitu, odbywa się to poprzez nakładanie i usuwanie taśmy klejącej z kolejno cieńszych próbek. Ta procedura została wykorzystana do uzyskania płatków Bi 2 Te 3 o grubości 1 nm. Jednak proces ten może pozostawić znaczne ilości pozostałości kleju na standardowym podłożu Si/SiO 2 , co z kolei zaciemnia pomiary mikroskopii sił atomowych i hamuje umieszczanie styków na podłożu w celach testowych. Powszechne techniki czyszczenia, takie jak plazma tlenowa, wrzący aceton i alkohol izopropylowy są nieskuteczne w usuwaniu pozostałości.
Występowanie i przygotowanie
Forma mineralna Bi 2 Te 3 to tellurobismutyt, który jest umiarkowanie rzadki. Istnieje wiele naturalnych tellurków bizmutu o różnej stechiometrii , a także związków układu Bi-Te-S-(Se), takich jak Bi 2 Te 2 S ( tetradymit ).
Tellurku bizmutu można po prostu wytworzyć przez zamknięcie zmieszanych proszków bizmutu i telluru w kwarcowej rurce pod próżnią (krytyczne, ponieważ nieuszczelniona lub przeciekająca próbka może eksplodować w piecu) i podgrzanie go do temperatury 800 °C w piecu muflowym .
