Sb2Te3 ve Bi2Te3 içerikli bileşiklerin termoelektrik, yapısal ve mikroyapısal özelliklerinin incelenmesi
A study on thermoelectrical, structural and microstructural properties of Sb2Te3 and Bi2Te3 semiconductive alloys
Yazar: EMEK MÖRÖYDOR DERUN
Danışman: PROF.DR. SABRİYE PİŞKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2005
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Sb2Te3 ve Bi2Te3 İÇERİKLİ BİLEŞİKLERİN TERMOELEKTRİK, YAPISAL veMİKROYAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİEmek MÖRÖYDOR DERUNKimya Mühendisliği, Doktora TeziTermoelektrik soğutucular alışılagelmiş klasik soğutma sistemlerine alternatif olarakgeliştirilen, içerisinde n-tipi ve p-tipi yarı iletken alaşımların yer aldığı termoelektrikmodüllerden oluşturulmuş bir sistemdir. Soğutma, elektrik akımının modüller içerisindengeçirilmesiyle gerçekleştirilir. Soğutma veriminin artışı, modüllerin içerisindeki yarı iletkenmalzemelerin 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 vesoğutma blokları almıştır. Bu malzemeler, CFC (klor-flor-karbon) gibi zarar verici,akışkanlar içermezler. Bu özellikleri ile oldukça güvenilir, çevresel ve emniyetli çalışmasağladığı gibi tamir ve bakım gerektirmezler. Tüm bu avantajlar göz önüne alındığındatermoelektrik malzeme olarak adlandırılan yarı iletken metal üretiminin önemi daha daartmaktadır. Üretilen yarı iletken alaşımların kullanılacağı termoelektrik soğutucular,gürültüsüz, aşındırmasız, güvenilir bir operasyon sunmakta ayrıca hızlı soğutma veergonomiklik sağlamaktadır. Klasik buzdolaplarında yer alan ve ozon tabakasına zarar vericiolduğu belirlenen CFC gibi soğutucu akışkanlar içermediğinden çevre dostudur.Bu çalışmada termoelektriksel soğutucularda kullanılmak üzere batarya üretimiamaçlanmıştır. İlk önce üretilecek bataryada kullanılacak termoelementlerin ötektik yapılarıincelenmiş, üretimde kullanılacak yarıiletken elementler tespit edilmiştir.Yüksek verimde n-tipi Bi, Te, Se ve p-tipi Sb, Te, Bi alaşımlarını üretmek için ilavesaflaştırma işlemlerinden geçirilen Bi, Te, Se, Sb elementleri kullanılmıştır. Sb, Bi, Tesaflaştırma işleminden sonra yüksek sıcaklıklarda vakum ortamında kristal büyütme cihazıkullanılarak Bi2Te3, Sb2Te3 ve Bi2Te3 yapılı yarı iletken alaşımlar üretilmiş, katkı olarak Ndve Cd kullanılmıştır. Üretilen alaşımların batarya üretimine geçilmeden önce DiferansiyelTermal Analiz- Termogravimetri (DTA-TG), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve X-Işınları Difraktometre (XRD) cihazı ile yapısal ve termal analizleri gerçekleştirilmiştir. Dahasonra alaşımların termoelektriksel ölçümleri yapılmış ve üretilen p-tipi [%75 molSb2Te3+%25 mol Bi2Te3] ve n-tipi [%96 mol Bi2Te3 + %4 mol Bi2Se3] alaşımlarındantermobatarya üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen bataryanın verimi, harcadığı güç vemaliyeti hesaplanmıştır.Sonuç olarak; yüksek verimde üretilen bu yarı iletken alaşımlar, ülkemiz için ekonomi, çevre,enerji ve teknoloji açısından büyük avantajlar sağlayacak ve bu konuda yurtdışınabağlılığımızı ortadan kaldıracaktır.Anahtar kelimeler: Bi2Se3 alaşımları, Bi2Te3 alaşımları, Sb2Te3 alaşımları, termoelektriksoğutucu, yarı iletkenlikJÜRİ:1. Prof. Dr. Sabriye PİŞKİN (Danışman) Kabul Tarihi: 30.06.20052. Prof. Dr. Esen BOLAT Sayfa Sayısı: 1533. Prof. Dr. Cemalettin YAMAN4. Prof. Dr. Neşet KADIRGAN5. Prof. Dr. Ülker BEKER

Abstract:
A STUDY ON THERMOELECTRICAL, STRUCTURAL and MICROSTRUCTURALPROPERTIES of Sb2Te3 and Bi2Te3 SEMI CONDUCTIVE ALLOYSEmek MÖRÖYDOR DERUNChemical Engineering, Ph.D. ThesisThermoelectrical coolers with n-type and p-type semi-conductive metals as an alternative toclassical cooling systems are formed from thermoelectrical models . Cooling is done bypassing current through the modules. The increase of cooling yield changes due to thestructural characteristics of semi-conductive metals inside the modules .Nowadays compressors condensers and cooling fluids (CFC) are used in modern coolers.Direct current power supplies, semi-conductive materials and cooling blocks took their placesin thermoelectrical coolers (semi-conductor coolers) that are called as solid phase coolers.These materials don?t include harmfull fluids as CFC (Clor,flor,carbon). They are so reliablethat they don?t need repairement and caring and also they are friendly with environment andalso safe. When these advantages are analysed, production of thermoelectrical materials thatare called as semi-conductive metals, get more importantThe thermoelectrical coolers also provides confidence and rapid cooling. They are alsosoundless, anticorrosive and don?t include CFC which is used in refrigirators and harmfull tothe atmosphere so they are friendly with the environment.In this study production of battary for using in thermoelectrical coolers is aimed. First of alleutectic characteristics of thermoelements which will be used in battaries are examined andthey are determined.Bi-Te-Sb-Se thermoelements which are refined several times are used in the production of n-type Bi-Te-Se and p-type Bi-Te-Sb alloys with a good yield. After refinement of Bi2Te3,Sb2Te3 and Bi2Se3 semiconductive alloys are produced with crystal growth system in vacuumatmosphere and at high temperatures and as additive Nd and Cd are used. Beforemanufacturing of battary from the produced alloys, Differantial Thermal Analysis-Thermogravimetry (DTA-TG), Scanning Electron Microscope (SEM) and X-RayDiffractometry analysis of the alloys are confirmed. Then thermoelectrical measurements ofalloys are done and thermobattary is produced from alloys of p-type [%75 moleSb2Te3+%25 mole Bi2Te3] ve n-tipi [%96 mole Bi2Te3 + %4 mole Bi2Se3]. Yield, power thatis used and cost of the produced battary are calculated.As a conclusion these high yield semiconductive alloys will obtain great advantages fromeconomical, environmental, energical and technological point of view, and also it will abolishour dependence on other countries.Keywords: Bi2 Se3 alloys, Bi2Te3 alloys, Sb2Te3 alloys, semi conductivity, thermoelectricalcoolersJURY:1. Prof. Dr. Sabriye PİŞKİN (Supervisor) Date: 30.06.20052. Prof. Dr. Esen BOLAT Page: 1533. Prof. Dr. Cemalettin YAMAN4. Prof. Dr. Neşet KADIRGAN5. Prof. Dr. Ülker BEKER