テルル化ビスマス

テルル化ビスマス
	; テルル化ビスマスの単結晶
	; 原子構造: 理想的なもの (左) と双晶欠陥のもの(右)
	; 双晶テルル化ビスマスの電子顕微鏡写真
識別子
CAS番号	1304-82-1 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ケムスパイダー	11278988 ;
ECHA 情報カード	100.013.760
EC番号	215-135-2;
パブケム CID	6379155;
ユニ	1818R19OHO ;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID90894839;
	InChI InChI=1S/2Bi.3Te/q2+3;3-2 キー: AZFMNKUWQAGOBM-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/2Bi.3Te/q2+3;3-2 キー: AZFMNKUWQAGOBM-UHFFFAOYAF;
	笑顔 [Te-2].[Te-2].[Te-2].[Bi+3].[Bi+3];
プロパティ
化学式	ビ2テ3
モル質量	800.76 グラムモル−1
外観	灰色の粉末または金属灰色の結晶
密度	7.74 g/cm3 [
融点	580 °C (1,076 °F; 853 K)
水への溶解度	不溶性
エタノールへの溶解度	可溶性
構造
結晶構造	三角、hR15
空間群	R 3 m、No. 166
格子定数	a = 0.4395 nm、c = 3.044 nm
数式単位( Z )	3
危険
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	2 0 0
引火点	不燃性
	NIOSH（米国健康暴露限界）：
PEL (許可)	TWA 15 mg/m 3 (総量) TWA 5 mg/m 3 (それぞれ) (純粋)なし (硫化セレン; 添加)
REL (推奨)	TWA 10 mg/m 3 (総量) TWA 5 mg/m 3 (それぞれ) (純粋) TWA 5 mg/m 3 (硫化セレン添加)
IDLH（差し迫った危険）	ND（純粋およびドープ）
安全データシート（SDS）	シグマアルドリッチ
関連化合物
その他の陰イオン	ビスマス(III)酸化物; 三硫化ビスマス; セレン化ビスマス;
その他の陽イオン	テルル化ヒ素; テルル化アンチモン
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

テルル化ビスマス（Bi ₂ Te ₃ ）は、ビスマスとテルルの化合物で、テルル化ビスマス（III）としても知られる灰色の粉末です。これは半導体であり、アンチモンまたはセレンと合金にすると、冷蔵またはポータブル発電用の効率的な熱電材料になります。Bi ₂ Te _{3 は}トポロジカル絶縁体であるため、厚さに依存する物理的特性を示します。

熱電材料としての特性

ビスマステルル化物は、三方晶系単位格子を持つ狭ギャップ層状半導体である。価電子帯と伝導帯の構造は、反射面を中心とする 6 つの定エネルギー楕円体を持つ多楕円体モデルとして記述できる。^[4] Bi ₂ Te _{3 は}、隣接するテルル原子間のファンデルワールス結合により、三方晶軸に沿って容易に劈開する。このため、発電や冷却用途に使用されるビスマステルル化物ベースの材料は多結晶でなければならない。さらに、バルクBi ₂ Te ₃のゼーベック係数は室温付近で補償されるため、発電デバイスに使用される材料はビスマス、アンチモン、テルル、セレンの合金にする必要がある。^[5]

最近、研究者らは、ナノワイヤや薄膜など、1つまたは複数の次元を縮小した構造を作成することで、Bi ₂ Te ₃ベースの材料の効率を改善しようと試みています。そのような例の1つでは、 n型テルル化ビスマスは、54 °Cで-287 μV/Kという改善されたゼーベック係数（単位温度差あたりの電圧）を持つことが示されました。 ^[6]しかし、ゼーベック係数と電気伝導性にはトレードオフがあることを認識する必要があります。ゼーベック係数が高くなると、キャリア濃度が低下し、電気伝導性が低下します。^[7]

別の事例では、研究者らは、テルル化ビスマスは1.1×10 ⁵ S·m/m ^{2という高い}電気伝導率を持ち、格子熱伝導率は1.20 W/(m·K)と通常のガラスと同等であると報告している。^[8]

トポロジカル絶縁体としての性質

ビスマステルル化物はよく研究されているトポロジカル絶縁体です。その物理的特性は、その導電性表面状態が露出され孤立した、非常に薄い厚さで変化することがわかっています。これらの薄いサンプルは、エピタキシーまたは機械的剥離のいずれかによって得られます。

分子線エピタキシーや有機金属化学気相成長法などのエピタキシャル成長法は、薄いBi ₂ Te ₃サンプルを得るための一般的な方法です。このような技術で得られたサンプルの化学量論は実験ごとに大きく異なる可能性があるため、相対純度を決定するためにラマン分光法がよく使用されます。しかし、薄いBi ₂ Te ₃サンプルは、融点が低く熱分散が悪いため、ラマン分光法には耐性があります。^[9]

Bi ₂ Te ₃の結晶構造により、三方軸に沿って劈開することで薄いサンプルを機械的に剥離することができます。このプロセスはエピタキシャル成長よりも収率が大幅に低いですが、欠陥や不純物のないサンプルが生成されます。バルクグラファイトサンプルからグラフェンを抽出するのと同様に、これは粘着テープを連続的に薄いサンプルに貼り付けて剥がすことによって行われます。この手順は、厚さ 1 nm のBi ₂ Te ₃フレークを得るために使用されています。 ^[10]ただし、このプロセスでは、標準的な Si/SiO ₂基板にかなりの量の接着剤残留物が残る可能性があり、その結果、原子間力顕微鏡測定が不明瞭になり、テスト目的で基板上に接点を配置できなくなります。酸素プラズマ、沸騰アセトン、イソプロピルアルコールなどの一般的な洗浄技術は、残留物を除去するのに効果がありません。^[11]

発生と準備

Bi ₂ Te ₃の鉱物形態はテルロビスマス鉱で、中程度に希少です。^[12]^[13]異なる化学量論の天然ビスマステルル化物は多数存在し、 Bi ₂ Te ₂ S (テトラジマイト)のような Bi-Te-S-(Se) 系の化合物も存在します。これらのビスマステルル化物はテトラジマイトグループの鉱物の一部です。^[14]

テルル化ビスマスは、ビスマスとテルル金属の混合粉末を真空下で石英管に密封し（密封されていないサンプルや漏れたサンプルは炉内で爆発する可能性があるため重要）、マッフル炉で 800 °C に加熱するだけで簡単に製造できます。

参照

参考文献

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^ Kingsbury, AWG (1965). 「テルルビスマスとメネギナイト、英国で新しい2つの鉱物」. Mineralogical Magazine and Journal of the Mineralogical Society . 35 (270): 424–426. Bibcode :1965MinM...35..424K. doi :10.1180/minmag.1965.035.270.19. ISSN 0369-0148.
^ 「テトラディマイトグループ」Mindat.org . 2023年11月28日閲覧。

外部リンク

ウィキメディア・コモンズのテルル化ビスマスに関連するメディア
テルル化ビスマスとその合金（マーティン・ワグナー博士論文第 4.5 章）
CDC – NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド – テルル化ビスマス、非ドープ

[b92-1] Haynes, William M. 編 (2011). CRC 化学・物理ハンドブック(第92版). ボカラトン、フロリダ州: CRC プレス. p. 4.52. ISBN 1-4398-5511-0。

[str-2] Feutelais, Y.; Legendre, B.; Rodier, N.; Agafonov, V. (1993). 「ビスマス-テルル系における相の研究」. Materials Research Bulletin . 28 (6): 591. doi :10.1016/0025-5408(93)90055-I.

[PGCH-3] NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド。「#0056」。国立労働安全衛生研究所(NIOSH)。

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[7] Goldsmid, HJ; Sheard, AR & Wright, DA (1958). 「ビスマステルル化物熱接合の性能」. Br. J. Appl. Phys . 9 (9): 365. Bibcode :1958BJAP....9..365G. doi :10.1088/0508-3443/9/9/306.

[8] Takeiishi, M.; et al. "3オメガ法によるビスマステルル化物薄膜の熱伝導率測定" (PDF) 。第27回熱物性シンポジウム、2006年、京都。 2007年6月28日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2009年6月6日閲覧。

[9] Teweldebrhan, D.; Goyal, V.; Balandin, A. A (2010). 「グラフェンからテルル化ビスマスへ: 熱電素子およびトポロジカル絶縁体への応用に向けた準2D結晶の機械的剥離」Nano Letters . 10 (12): 1209–18. Bibcode :2010NanoL..10.1209T. doi :10.1021/nl903590b. PMID 20205455.

[10] テヴェルデブラン、デザレーニュ;バランディン、アレクサンダー A. (2010)。」「Bi原子薄膜の「グラフェンのような」剥離」。ECSトランザクション：103〜117。doi ： 10.1149 / 1.3485611。S2CID 139017503 。

[11] チャイルド、アイザック;ティアン、ジファ。ミオコウスキー、イレネウシュ。チェン、ヨン (2013)。「アルゴンプラズマエッチングを受けるトポロジカル絶縁体材料のAFMおよびラマン研究」。哲学雑誌。93 (6): 681–689。arXiv : 1209.2919。Bibcode :2013PMag...93..681C。土井：10.1080/14786435.2012.728009。S2CID 38149843。

[12] “テルロビスマス鉱”. Mindat.org . 2023年11月28日閲覧。

[13] Kingsbury, AWG (1965). 「テルルビスマスとメネギナイト、英国で新しい2つの鉱物」. Mineralogical Magazine and Journal of the Mineralogical Society . 35 (270): 424–426. Bibcode :1965MinM...35..424K. doi :10.1180/minmag.1965.035.270.19. ISSN 0369-0148.

[14] 「テトラディマイトグループ」Mindat.org . 2023年11月28日閲覧。