Türkçe Bilgi logo TürkçeBilgi

Peltier Soğutucu

Kısaca: Bi2Te3 ve Bi2Se3 ...devamı ☟

Peltier soğutucu
Peltier Soğutucu

Bi2Te3 ve Bi2Se3 Bi2Te3 grubu malzemeler ve bunların katı faz karışımları , oda sıcaklığında yüksek termoelektrik performans göstermekte ve çok yaygın olarak kullanılmaktır. Figure of Merit ("Z") değerleri 2.4 mertebelerindedir. Bi ve Te bileşiklerinin taşıyıcı konsantrasyonları denge birleşimlerinden biraz fazla Bi veya Te eklenmesiyle sağlanmaktadır. "Te" elementinin zehirli olması ve az bulunması bu malzeme grubunun en büyük dezavantajlarıdır.

Termoelektrik Malzemelerin Gelişimi

Termoelektrik alanı , termoelektrik malzemelerin davranışlarının anlaşılmasından ve yüksek derecede katkılanmış yarı iletkenlerin iyi termoelektrik özellikler göstermesinin keşfinden sonra 1950’lerden itibaren hızlı bir gelişim sürecine girdi. Termoelektrik endsütrisinin ilk ürünü Bi2Te3 malzemesidir. 1960-1990 arasında “Z” değerini artırmaya yönelik çalışmalarda en fazla (Bi1-xSbx)2(Se1-yTey)3 alaşımları üzerinde durulmuştur. Günümüzde , değişik uygulamalarda kullanılan birçok farklı malzeme grubu vardır. Son yıllarda Phonon-Cam/Elektron-Kristal olarak bilinen malzeme nin kullanılmasıyla birlikte nano düzeye inmenin yolu açılmıştır. Daha önce de belirtildiği gibi verimliliği artırmak için elektriksel iletkenliği artırmak , termal iletkenliği düşürmek gereklidir. Normal 3 boyutlu düzlem ve sistemlerde genellikle bu iki özellik beraber davranmakta , beraber azalmakta veya artmaktadır. Tek düzleme ve nano mertebelerine inerek bu özellikleri birbirinden bağımsız hale getirmeye yönelik çalışmalar son yıllarda sıklaşmıştır. Bu alanda en çok gelecek vaadeden çözüm nano-kompozit üretimidir. Nano-kompozit üretimiyle hem termal iletkenliği düşürmek hem de elektrisel iletkenliği artırmak mümkün olabilmektedir. Şekil 5’te termal iletkenliğin parçacık boyutuyla değişimine bir örnek gösterilmektedir. Yine , Si0.8Ge0.20.2B0.016 nanokompozit malzemesinin normal katı haliyle (bulk ) elektriksel ve termal iletkenlik karsılastırmaları Şekil 6 da görülebilir. Şekillerden de anlaşılacağı üzere hem termal iletkenliği düşürmek hem de elektriksel iletkenliği artırmak nano kompozit üretimiyle mümkün olabilmektedir.

Alternatif Akım

G.J.Synder , J.P.Fleurial ve T. Caillat (2002) , çalışmalarında , uygulanan akımı doğrudan vermek yerine , alternatif akım kullanarak , kısa süreliğine daha yüksek sıcak farkı yaratılabileceğini göstermiştir. Daha önce de belirtildiği gibi uygulanan akım , ısı taşınması ve Joule ısıtması arasında rekabet göstererek sonuca etki etmektedir. Joule ısıtması uygulanan akımın karesiyle orantılı olduğu için uygulanabilecek maksimum bir akım değeri vardır. Fakat , vurumlu akım ( pulse current ) yöntemini uygulayarak , bu maksimum akımdan daha büyük bir akımın kısa süreliğine de olsa daha büyük sıcaklık farkı yaratarak daha verimli bir soğutma sağlayabileceği bu çalışmada gösterilmiştir. Buradaki mantık , Peltier soğumasının soğuk taraf yüzeyinde direk olarak olması , Joule ısıtmasının ise homojen olarak bütün aygıt yüzeyinde gerçekleşmesidir. Bu ısınma , soğuk uca gelmeden , soğuk uç şiddetli bir soğutmaya maruz kalmaktadır. Bu şekilde dizayn edilmiş bir soğutucu , orta dalga boylu infrared gas sensör laserleri gibi birkaç milisaniyede soğukluğa erişmesi gereken sistemler için son derece uygundur.

Termoelektrik Malzemelerin Üretilmesinde Kullanılan Yöntemler

Termoelektrik malzemelerin oluşturulmasıyla ilgili endüstride kullanılan ve literatürde çalışmaları devam eden birçok yöntem bulunmaktadır. Hangi yöntemin üretim aşamasında kullanılacağı , üretilecek olan Peltier soğutucunun istenen özelliklerine göre seçilmelidir. Bunu belirlemedeki kriterlerden bazıları ; maliyet,güvenilirlik,aygıt ömrü,uygulanabilecek voltaj,istenen maksimum sıcaklık farkıdır. Üretim yöntemlerin bazıları aşağıda örnek çalışmaları da içerecek şekilde incelenmiştir. Elektrokimyasal işlemlerden biri olan elektrokaplama yöntemi , birçok uygulamada olduğu gibi burada da uygulaması kolay , maliyeti düşük , kontrolü ve verimliliği yüksek malzemeler geliştirilmesini olanaklı kılmaktadır. Elektrisel bağlantı olarak kullanılan nikel,altın,gümüş gibi malzemelerin kaplanmasına yönelik literatürde birçok çalışma bulunabilir.Nikel kaplamak için kullanılan en yaygın çözelti Watts çözeltisidir. Altın için değişik çözeltiler bulunmakla beraber en yaygın olarak kullanılanı Altın süyanür banyosudur. Kaplanacak malzemeye göre uygun anot malzemeleri ve akım değerleri belirlenerek kaplama işlemi gerçekleştirilir. Termoelektrik malzemelerin büyütülmesi ile ilgili de literatürde yapılan bazı çalışmalar vardır. Bunların bir tanesinde Snyder ( 2003 ) (Bi,Sb)2Te3 grubu malzemeleri elektrokimyasal methodlarla üretmiş ve bulgularını ortaya koymuştur. Bu malzemelerin kaplamasını gerçekleştirebilmek için oda sıcaklığında nitrik asit solüsyonu kullanılmaktadır. Bütün üretim yöntemlerinde olduğu gibi , elektrokaplama yönteminde de litografi metodlarının kullanımı önem arz etmektedir. Kaplanacak yüzeylerin bütün düzlem olmadığı için, seçimli olarak istenen yerlere kaplama yapılabilmesini sağlamak için fotoresist malzeme kullanımını gerektirmektedir. Elektrokaplama yöntemiyle üretilen termoelektrik malzemelerin ürettiği güç , voltaj ve akım değerleri yandaki şekilde görüşebilir. Elektrokimyasal methodlarla Bi2Te3,PbTe,PbTe-PbS gibi malzeme grupları üretilebilmektedir. Bu yöntemin bazı dezavantajları da bulunmaktadır. Yöntemin doğru uygulanabilmesi önemlidir. Uygulanmadığı takdirde , yüksek hata oranları , gaz salınımı , ve molar kontrolün kaybedilmesi gibi problemlerle karşılaşılabilmektedir. Literatürde bunun dışında birçok kaplama yöntemi ( termal evaporasyon , sputtering , MBE , MOCVD gibi )bulunmaktadır. MBE ( Molecular Beam Epitaxy )ve MOCVD yöntemleri , kimyasal kompozisyonun çok iyi kontrol edilebilmesine olanak sağlamakta , yüksek kalitede katman katman olarak malzeme deposit edilmesini sağlamaktadır. Bu methodlarla üretilen bazı malzemelerin verimlilikleri yandaki şekillerde görülebilir.

Kaynaklar

Vikipedi

Bu konuda henüz görüş yok.
Görüş/mesaj gerekli.
Markdown kullanılabilir.