Telururo de bismuto

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Telururo de bismuto
General
Fórmula molecular Bi2Te3
Identificadores
Número CAS 1304-82-1[1]​
Número RTECS EB3110000
ChemSpider 11278988
PubChem 6379155
UNII 1818R19OHO
InChI=InChI=1S/2Bi.3Te/q2*+3;3*-2
Key: AZFMNKUWQAGOBM-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar 807,679443 g/mol
Estructura cristalina sistema trigonal
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El telururo de bismuto (Bi2Te3) es un polvo gris compuesto de bismuto y telurio también conocido como telururo de bismuto(III). Es un semiconductor que, cuando se alea con antimonio o selenio, resulta un material termoeléctrico eficaz para la refrigeración o la generación de energía portátil. El Bi2Te3 es un aislante topológico, por lo que sus propiedades físicas dependen del espesor.[2]​

Propiedades como material termoeléctrico[editar]

El telururo de bismuto es un semiconductor estratificado de brecha estrecha con una celda unitaria trigonal. La estructura de las bandas de valencia y conducción puede describirse como un modelo elipsoidal múltiple con 6 elipsoides de energía constante centrados en los planos de reflexión.[3]​ El Bi2Te3 se rompe fácilmente a lo largo del eje trigonal debido a los enlaces de Van der Waals entre átomos de telurio vecinos. Debido a esto, los materiales basados en bismuto-teluro utilizados para la generación de energía o aplicaciones de refrigeración deben ser policristalinos. Además, el coeficiente Seebeck del Bi2Te3 a granel se compensa en torno a la temperatura ambiente, lo que obliga a que los materiales utilizados en dispositivos de generación de energía sean una aleación de bismuto, antimonio, telurio y selenio.

Recientemente, los investigadores han intentado mejorar la eficiencia de los materiales basados en Bi2Te3 creando estructuras en las que se reducen una o más dimensiones, como nanocables o películas finas. En uno de estos casos, se demostró que el telururo de bismuto de tipo n tiene un coeficiente Seebeck mejorado (voltaje por unidad de diferencia de temperatura) de -287 μV/K a 54 °C, Sin embargo, hay que tener en cuenta que el coeficiente Seebeck y la conductividad eléctrica tienen una contrapartida: un coeficiente Seebeck más alto tiene como resultado una menor concentración de portadores y una menor conductividad eléctrica.[4]​

En otro caso, los investigadores informan de que el telururo de bismuto tiene una alta conductividad eléctrica de 1,1×105 S-m/m2 con una conductividad térmica de red muy baja de 1,20 W/(m-K), similar a la del vidrio ordinario.[5]​

Propiedades como aislante topológico[editar]

El telururo de bismuto es un aislante topológico muy estudiado. Se ha demostrado que sus propiedades físicas cambian a espesores muy reducidos, cuando se exponen y aíslan sus estados superficiales conductores. Estas muestras finas se obtienen mediante epitaxia o exfoliación mecánica.

Los métodos de crecimiento epitaxial, como la epitaxia de haces moleculares y la deposición de vapor químico orgánico metálico, son métodos habituales para obtener muestras delgadas de Bi2Te3 . La estequiometría de las muestras obtenidas mediante estas técnicas puede variar mucho de un experimento a otro, por lo que a menudo se utiliza la espectroscopia Raman para determinar la pureza relativa. Sin embargo, las muestras finas de Bi2Te3 son resistentes a la espectroscopia Raman debido a su bajo punto de fusión y a su escasa dispersión del calor.[6]​

La estructura cristalina del Bi2Te3 permite la exfoliación mecánica de muestras delgadas mediante la escisión a lo largo del eje trigonal. Este proceso tiene un rendimiento mucho menor que el crecimiento epitaxial, pero produce muestras sin defectos ni impurezas. De forma similar a la extracción de grafeno a partir de muestras de grafito a granel, se realiza aplicando y retirando cinta adhesiva de muestras sucesivamente más finas. Este procedimiento se ha utilizado para obtener escamas de Bi2Te3 con un grosor de 1 nm.[7]​Sin embargo, este proceso puede dejar cantidades significativas de residuos adhesivos en un sustrato estándar de Si/SiO2, que a su vez oscurecen las mediciones de microscopía de fuerza atómica e inhiben la colocación de contactos en el sustrato a efectos de ensayo. Las técnicas de limpieza habituales, como el plasma de oxígeno, la acetona hirviendo y el alcohol isopropílico, no son eficaces para eliminar los residuos.[8]​

Existencia y preparación[editar]

La forma mineral del Bi2Te3 es la telurobismutita, que es moderadamente rara. Existen muchos telururos de bismuto naturales de diferente estequiometría, así como compuestos del sistema Bi-Te-S-(Se), como la Bi2Te3S (tetradimita).

El telururo de bismuto puede prepararse simplemente sellando polvos mezclados de bismuto y telurio metálico en un tubo de cuarzo al vacío (algo crítico, ya que una muestra sin sellar o con fugas puede explotar en un horno) y calentándolo a 800 °C en un horno de mufla.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ Cuadrado González, Liliana Marcela (2021). «Fabricación y caracterización de Bi2Te3 exfoliado por intercalación en fase líquida». Universidad de los Andes: 3. Consultado el 8 de noviembre de 2023. 
  3. ↑ Caywood, L. P.; Miller, G. (1970). «Anisotropy of the constant energy surfaces in p-type Bi2Te3 and Bi2Se3 from galvanomagnetic coefficients». Phys. Rev. B 2 (8): 3209. Bibcode:1970PhRvB...2.3209C. doi:10.1103/PhysRevB.2.3209. 
  4. ↑ Goldsmid, H. J.; Sheard, A. R.; Wright, D. A. (1958). «The performance of bismuth telluride thermojunctions». Br. J. Appl. Phys. 9 (9): 365. Bibcode:1958BJAP....9..365G. doi:10.1088/0508-3443/9/9/306. 
  5. ↑ Takeiishi, M. «Thermal conductivity measurements of Bismuth Telluride thin films by using the 3 Omega method». The 27th Japan Symposium on Thermophysical Properties, 2006, Kyoto. Archivado desde el original el 28 de junio de 2007. Consultado el 6 de junio de 2009. 
  6. ↑ Teweldebrhan, D.; Goyal, V.; Balandin, A. A (2010). «From Graphene to Bismuth Telluride: Mechanical Exfoliation of Quasi-2D Crystals for Applications in Thermoelectrics and Topological Insulators». Nano Letters 10 (12): 1209-18. Bibcode:2010NanoL..10.1209T. PMID 20205455. doi:10.1021/nl903590b. 
  7. ↑ Teweldebrhan, Desalegne; Balandin, Alexander A. (2010). «"Graphene-Like" Exfoliation of Atomically-Thin Films of Bi». ECS Transactions: 103-117. S2CID 139017503. doi:10.1149/1.3485611. 
  8. ↑ Childres, Isaac; Tian, Jifa; Miotkowski, Ireneusz; Chen, Yong (2013). «AFM and Raman studies of topological insulator materials subject to argon plasma etching». Philosophical Magazine 93 (6): 681-689. Bibcode:2013PMag...93..681C. S2CID 38149843. arXiv:1209.2919. doi:10.1080/14786435.2012.728009. 

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