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热电材料_图文_百度文库

鏃ユ湡;2019-09-06  鏉ユ簮锛毼粗  浣滆咃細admin

  热电材料_能源/化工_工程科技_专业资料。热电材料 一.基本概念 二.材料分类 三.研究现状 四.现实意义 五.前景展望 ——————————— 基本概念 ? 什么是热电材料? 热电材料又叫温差电材料,具有交叉耦 合的热电输送性质;是一

  热电材料 一.基本概念 二.材料分类 三.研究现状 四.现实意义 五.前景展望 ——————————— 基本概念 ? 什么是热电材料? 热电材料又叫温差电材料,具有交叉耦 合的热电输送性质;是一类具有热效应和电 效应相互转换作用的新型功能材料,利用 热电材料这种性质,可将热能与电能进行 直接相互转化,1823年发现的塞贝克效应和 1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器 和热电制冷的应用提供了理论依据。 好的热电材料必须具有大的塞贝克系 数,从而保证有较明显的热电效应;同时 应有较小的热导率,使能量保持在接头附 近,此外还要求电阻较小,使产生的焦耳 热最小。对这几个性质的要求,可由热电 优值Z描述。其定义为 Z=(α^2*σ )/k 式中, α和σ 分别为塞贝克系数和电导 率;k为热导率。通常热电优值作为评价热 电导率的标准。 由上式可知,为了增大热电优值Z,就 要增大塞贝克系数和电导率,减小热导率。 塞贝克系数的定义式为:S=dV/dT=— (Vh-Vc)/(Th-Tc),式中Vh-Vc 为热电材 料高温区与低温区的点位差, Th-Tc为温度 差。 优值系数Z和温度T的乘积ZT是评价热 电材料性能和电导率的常用的标准。 材料分类 电热材料的选择可依其运作温度分为三类: (1)碲化铋及其合金:这是被广为使用于热 电致冷器的材料,其最佳运作温度450℃。 (2)碲化铅及其合金:这是被广为使用于热 电产生器的材料,其最佳运作温度大约为 1000℃。 (3)硅锗合金:此类材料亦常应用于热电产 生器,其最佳运作温度大约为1300℃。 ? 国外前沿热电材料研究现状 ? ? ? 日本国家功能材料研究中心(SMRC)以 MasanobuMarlo博士为首的科研人员正在研究利用 汽车尾气作为热源的TEG技术。 英国威尔士大学和日本大阪大学于1991年联合研 究了大规模利用钢铁厂和垃圾焚烧厂的废弃余热 产生兆瓦级输出电功率的项目。 德国Dresden科技大学以Wemirl Qu为首的研究工作 者发明了一种利用铜箔作为介质的微型热电发电 机,能够循环使用将周围环境的热量转化为电能。 现实意义 ? ? 随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的 进展以及在地球难于日益增加的资源考察 与探索活动,需要开发一类能够自身供能 且无需照看的电源系统,热电发电对这些 应用尤其合适。 对于遥远的太空探测器来说,放射性同位 素供热的热电发电器是唯一的供电系统。 已被成功的应用于美国宇航局发射的“旅 行者一号”和“伽利略火星探测器”等宇 航器上。利用自然界温差和工业废热均可 用于热电发电,它能利用自然界存在的非 污染能源,具有良好的综合社会效益。利 用帕尔帖效应制成的热电制冷机具有机械 压缩制冷机难以媲美的优点: 尺寸小、质量轻、无任何机械转动部分, 工作无噪声,无液态或气态介质,因此不 存在污染环境的问题,可实现精确控温, 响应速度快,器件使用寿命长。还可为超 导材料的使用提供低温环境。另外利用热 电材料制备的微型元件用于制备微型电源、 微区冷却、光通信激光二极管和红外线传 感器的调温系统,大大拓展了热电材料的 应用领域。 因此,热电材料是一种有着广泛应用 前景的材料,在环境污染和能源危机日益 严重的今天,进行新型热电材料的研究具 有很强的现实意义。 前景展望 热电材料塞贝克效应和帕尔帖效应发现 距今已有100余年的历史,无数的科学家已对 其进行了深入而富有成效的研究和探索,取得 了辉煌的成果。随着研究的不断深入,相信热 电材料的性能将会进一步提高,必将成为我国 新材料研究领域的一个新的热点。在今后的热 电材料研究工作中,研究重点应集中在以下几 个方面: (1)利用传统半导体能带理论和现代量子理论, 对具有不同晶体结构的材料进行塞贝克系数、 电导率和热导率的计算,以求在更大范围内寻 找热电优值ZT更高的新型热电材料。 (2)从理论和实验上研究材料的显微结构、 制备工艺等对其热电性能的影响,特别是 对超晶格热电材料、纳米热电材料和热电 材料薄膜的研究,以进一步提高材料的热 电性能。 (3)对己发现的高性能材料进行理论和实验 研究,使其达到稳定的高热电性能。 (4)加强器件的制备工艺研究,以实现热电 材料的产业化。


 
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