Sb2Te3 ve Bi2Te3 içerikli bileşiklerin termoelektrik, yapısal ve mikroyapısal özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Termoelektrik soğutucular alışılagelmiş klasik soğutma sistemlerine alternatif olarak geliştirilen, içerisinde n-tipi ve p-tipi yarı iletken alaşımların yer aldığı termoelektrik modüllerde oluşturulmuş bir sistemdir. Soğutma, elektrik akımının modüller içerisinden geçirilmesi ile gerçekleştirilir. Soğutma veriminin artışı, modüllerin içerisindeki yarı iletken malzemelerin yapısal özelliklerine bağlı olarak değişmektedir.Günümüzde modern soğutucularda kompresör, yoğuşturucu ve soğutucu akışkanlar (CFC)kullanılmaktadır. Katı-hal soğutucusu olarak adlandırılan termoelektrik soğutucularda (yarıiletken soğutucu) ise bunların yerini doğru akım güç kaynakları, yarı iletken malzemeler ve soğutma blokları almıştır. Bu malzemeler, CFC (klor-flor-karbon) gibi zarar verici,akışkanlar içermezler. Bu özellikleri ile oldukça güvenilir, çevresel ve emniyetli çalışma sağladığı gibi tamir ve bakım gerektirmezler. Tüm bu avantajlar göz önüne alındığında termoelektrik malzeme olarak adlandırılan yarı iletken metal üretiminin önemi daha da artmaktadır. Üretilen yarı iletken alaşımların kullanılacağı termoelektrik soğutucular,gürültüsüz, aşındırmasız, güvenilir bir operasyon sunmakta ayrıca hızlı soğutma ve ergonomiklik sağlamaktadır. Klasik buz dolaplarında yer alan ve ozon tabakasına zarar verici olduğu belirlenen CFC gibi soğutucu akışkanlar içermediğinden çevre dostudur.Bu çalışmada termoelektriksel soğutucularda kullanılmak üzere batarya üretimi amaçlanmıştır. İlk önce üretilecek bataryada kullanılacak termo elementlerin ötektik yapıları incelenmiş, üretimde kullanılacak yarı iletken elementler tespit edilmiştir.Yüksek verimde n-tipi Bi, Te, Se ve p-tipi Sb, Te, Bi alaşımlarını üretmek için ilave saflaştırma işlemlerinden geçirilen Bi, Te, Se, Sb elementleri kullanılmıştır. Sb, Bi, Tesaflaştırma işleminden sonra yüksek sıcaklıklarda vakum ortamında kristal büyütme cihazı kullanılarak Bi2Te3, Sb2Te3 ve Bi2Te3 yapılı yarı iletken alaşımlar üretilmiş, katkı olarak Ndve Cd kullanılmıştır. Üretilen alaşımların batarya üretimine geçilmeden önce Diferansiyel Termal Analiz- Termogravimetri (DTA-TG), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve X-Işınları Difraktometre (XRD) cihazı ile yapısal ve termal analizleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra alaşımların termoelektriksel ölçümleri yapılmış ve üretilen p-tipi [%75 molSb2Te3+%25 mol Bi2Te3] ve n-tipi [%96 mol Bi2Te3 + %4 mol Bi2Se3] alaşımlarından termobatarya üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen bataryanın verimi, harcadığı güç ve maliyeti hesaplanmıştır.Sonuç olarak, yüksek verimde üretilen bu yarı iletken alaşımlar, ülkemiz için ekonomi, çevre,enerji ve teknoloji açısından büyük avantajlar sağlayacak ve bu konuda yurt dışına bağlılığımızı ortadan kaldıracaktır.