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熱電材料,熱電材料的兩種應(yīng)用方式

來(lái)源:整理 時(shí)間:2023-08-28 07:37:48 編輯:智能門(mén)戶(hù) 手機(jī)版

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1,熱電材料的兩種應(yīng)用方式

單向凝固法,燒結(jié)法
熱釋電效應(yīng)前提是晶體的點(diǎn)群要屬于10個(gè)極性點(diǎn)群的一種,極化強(qiáng)度隨溫度變化。熱電材料是熱釋電材料的一部分
來(lái)做任務(wù)的。 其實(shí)你問(wèn)的太片面了,耐火材料的損毀方式是專(zhuān)門(mén)的一項(xiàng)學(xué)科。

熱電材料的兩種應(yīng)用方式

2,急求熱電材料和器件的用途

熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,特點(diǎn):體積小,重量輕,堅(jiān)固且無(wú)噪音。隨著空間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學(xué)的進(jìn)展以及在地球難于日益增加的資源考察與探索活動(dòng),需要開(kāi)發(fā)一類(lèi)能夠自身供能且無(wú)需照看的電源系統(tǒng),熱電發(fā)電對(duì)這些應(yīng)用尤其合適。
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急求熱電材料和器件的用途

3,熱電材料的新型材料

美國(guó)GMZ Energy4月22日宣布推出一款突破性的新型材料,有助于制造新一代更加清潔、能效更高的產(chǎn)品。這種新型熱電材料使用了納米技術(shù),清潔環(huán)保,能夠有效地將廢棄的熱能轉(zhuǎn)化為電能,從而為綠色消費(fèi)品及工業(yè)品的發(fā)展鋪平道路,推動(dòng)未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展。該款GMZ材料功能眾多、應(yīng)用廣泛。它能優(yōu)化電冰箱及空調(diào)的制冷功能,并能利用汽車(chē)尾氣排放系統(tǒng)的熱源產(chǎn)生動(dòng)力。由于GMZ 材料已經(jīng)研發(fā)成功,并具有成本效益及易于采用等特點(diǎn),因此具備商業(yè)可行性。它可以用于現(xiàn)今許多產(chǎn)品,能減少能源消耗和溫室氣體排放。“長(zhǎng)期以來(lái),因?yàn)楦叱杀竞偷托?,熱電材料一直未能在清潔技術(shù)中廣泛運(yùn)用,但現(xiàn)在我們已經(jīng)克服了這些問(wèn)題?!盙MZ Energy的CEO Mike Clary說(shuō):“該技術(shù)所能達(dá)到的效率令人倍感興奮,而GMZ Energy已經(jīng)做好充分準(zhǔn)備,于今日發(fā)布這種具備商業(yè)可行性的新材料,以促進(jìn)其在日用品中的應(yīng)用。”

熱電材料的新型材料

4,什么是氧化物熱電材料

【氧化物熱電材料】是一類(lèi)利用特殊氧化物作為主材的熱電材料。隨著熱電應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,特別是高溫領(lǐng)域,主流合金體系由于自身?xiàng)l件的限制,難以滿(mǎn)足人們的需求。氧化物陶瓷在高溫條件下具有良好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性,合成工藝簡(jiǎn)單、使用安全可靠,是一類(lèi)良好的潛在熱電材料。自從1997年Terasaki等發(fā)現(xiàn)NaCo2O4具有良好的熱電性能以來(lái),氧化物基熱電材料獲得更多關(guān)注并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,目前研究較多的體系有Ca3Co4O9、NaxCoO2、SrTiO3、CaMnO3、ZnO、In2O3等。 可以明顯發(fā)現(xiàn)氧化物體系的熱電優(yōu)值相對(duì)合金而言仍然較低,這促使人們更多的關(guān)注其性能的優(yōu)化。一些合金材料,如si一Ce,β一FeSi2,Bi2Te3等的熱電優(yōu)值比較高,但都存在高溫性能不穩(wěn)定、易氧化和材料價(jià)格較高的缺陷。如β一FeSi2的熔點(diǎn)只有1255K。而大多數(shù)氧化物材料的品質(zhì)因子的最高峰都出現(xiàn)在高溫區(qū),且溫度超過(guò)1000K時(shí)一般都可正常工作。加之氧化物熱電材料種類(lèi)廣泛、易于合成和成本較低等優(yōu)勢(shì),因此引起了很多研究者的興趣。近年來(lái),除了常規(guī)半導(dǎo)體氧化物(如:ZnO,In2O3,NiO),科學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多新型結(jié)構(gòu)熱電材料也表現(xiàn)出良好的性能。其中,具有代表性的是層狀金屬氧化物、鈣鈦礦型復(fù)合氧化物和低維熱電材料等。【熱電材料】是一種能實(shí)現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,熱電器件可以利用各種熱量無(wú)污染地產(chǎn)生電能,,如太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱、CPU耗散及人體溫差等,即只要存在溫差,就可以輸出能量,這對(duì)資源的有效利用會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
搜一下:什么是氧化物熱電材料?

5,什么是熱電材料

熱電材料是一種通過(guò)熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體功能材料
【氧化物熱電材料】是一類(lèi)利用特殊氧化物作為主材的熱電材料。隨著熱電應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,特別是高溫領(lǐng)域,主流合金體系由于自身?xiàng)l件的限制,難以滿(mǎn)足人們的需求。氧化物陶瓷在高溫條件下具有良好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性,合成工藝簡(jiǎn)單、使用安全可靠,是一類(lèi)良好的潛在熱電材料。自從1997年terasaki等發(fā)現(xiàn)naco2o4具有良好的熱電性能以來(lái),氧化物基熱電材料獲得更多關(guān)注并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,目前研究較多的體系有ca3co4o9、naxcoo2、srtio3、camno3、zno、in2o3等。 可以明顯發(fā)現(xiàn)氧化物體系的熱電優(yōu)值相對(duì)合金而言仍然較低,這促使人們更多的關(guān)注其性能的優(yōu)化。一些合金材料,如si一ce,β一fesi2,bi2te3等的熱電優(yōu)值比較高,但都存在高溫性能不穩(wěn)定、易氧化和材料價(jià)格較高的缺陷。如β一fesi2的熔點(diǎn)只有1255k。而大多數(shù)氧化物材料的品質(zhì)因子的最高峰都出現(xiàn)在高溫區(qū),且溫度超過(guò)1000k時(shí)一般都可正常工作。加之氧化物熱電材料種類(lèi)廣泛、易于合成和成本較低等優(yōu)勢(shì),因此引起了很多研究者的興趣。近年來(lái),除了常規(guī)半導(dǎo)體氧化物(如:zno,in2o3,nio),科學(xué)家發(fā)現(xiàn)許多新型結(jié)構(gòu)熱電材料也表現(xiàn)出良好的性能。其中,具有代表性的是層狀金屬氧化物、鈣鈦礦型復(fù)合氧化物和低維熱電材料等?!緹犭姴牧稀渴且环N能實(shí)現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,熱電器件可以利用各種熱量無(wú)污染地產(chǎn)生電能,,如太陽(yáng)能、工業(yè)廢熱、cpu耗散及人體溫差等,即只要存在溫差,就可以輸出能量,這對(duì)資源的有效利用會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

6,熱電材料的歷史沿革

英文:thermoelectric material將不同材料的導(dǎo)體連接起來(lái),并通入電流,在不同導(dǎo)體的接觸點(diǎn)——結(jié)點(diǎn),將會(huì)吸收(或放出)熱量.1834年,法國(guó)物理學(xué)家佩爾捷(J.C.A.Peltier)發(fā)現(xiàn)了上述熱電效應(yīng).1838年,俄國(guó)物理學(xué)家楞次(L.Lenz)又做出了更具顯示度的實(shí)驗(yàn):用金屬鉍線(xiàn)和銻線(xiàn)構(gòu)成結(jié)點(diǎn),當(dāng)電流沿某一方向流過(guò)結(jié)點(diǎn)時(shí),結(jié)點(diǎn)上的水就會(huì)凝固成冰;如果反轉(zhuǎn)電流方向,剛剛在結(jié)點(diǎn)上凝成的冰又會(huì)立即熔化成水.熱電效應(yīng)本身是可逆的.如果把楞次實(shí)驗(yàn)中的直流電源換成燈泡,當(dāng)我們向結(jié)點(diǎn)供給熱量,燈泡便會(huì)亮起來(lái).盡管當(dāng)時(shí)的科學(xué)界對(duì)佩爾捷和楞次的發(fā)現(xiàn)十分重視,但發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有很快轉(zhuǎn)化為應(yīng)用.這是因?yàn)?,金屬的熱電轉(zhuǎn)換效率通常很低.直到20世紀(jì)50年代,一些具有優(yōu)良熱電轉(zhuǎn)換性能的半導(dǎo)體材料被發(fā)現(xiàn),熱電技術(shù)(熱電制冷和熱電發(fā)電)的研究才成為一個(gè)熱門(mén)課題.在室溫附近使用的半導(dǎo)體制冷材料以碲化鉍(Bi2Te3)合金為基礎(chǔ).通過(guò)摻雜制成P型和N型半導(dǎo)體.如前所述,將一個(gè)P型柱和一個(gè)N型柱用金屬板連接起來(lái),便構(gòu)成了半導(dǎo)體制冷器的一個(gè)基本單元,如果在結(jié)點(diǎn)處的電流方向是從N型柱流向P型柱,則結(jié)點(diǎn)將成為制冷單元的“冷頭”(溫度為T(mén)c),而與直流電源連接的兩個(gè)頭將是制冷單元的“熱端”(溫度為T(mén)h).N型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)EF位于禁帶的上部,P型的則位于禁帶的下部.當(dāng)二者連接在一起時(shí),它們的費(fèi)米能級(jí)趨于“持平”.于是,當(dāng)電流從N型流向P型時(shí)(也就是空穴從N到P;電子從P到N),載流子的能量便會(huì)升高.因此,結(jié)點(diǎn)作為冷頭就會(huì)從Tc端吸熱,產(chǎn)生制冷效果.佩爾捷系數(shù),其中是單位時(shí)間內(nèi)在結(jié)點(diǎn)處吸收的熱量,I是電流強(qiáng)度,Π的物理意義是,單位電荷在越過(guò)結(jié)點(diǎn)時(shí)的能量差.在熱電材料研究中,更容易測(cè)量的一個(gè)相關(guān)參數(shù)是澤貝克(Seebeck)系數(shù)α,,其中T是溫度.顯然,α描述單位電荷在越過(guò)結(jié)點(diǎn)時(shí)的熵差.對(duì)于制冷應(yīng)用來(lái)說(shuō),初看起來(lái),電流越大越好,佩爾捷系數(shù)(或澤貝克系數(shù))越大越好.不幸的是,實(shí)際非本征半導(dǎo)體的性質(zhì)決定了二者不可兼得:電流大要求電導(dǎo)率σ高,而σ和α都是載流子濃度的函數(shù).隨著載流子濃度的增加,σ呈上升趨勢(shì),而α則下跌,結(jié)果ασ只可能在一個(gè)特定的載流子濃度下達(dá)到最大(注:由熱激活產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)本征載流子,對(duì)提高熱電效益不起作用).半導(dǎo)體制冷單元的P型柱和N型柱,都跨接在Tc和Th之間.這就要求它們具有大的熱阻.否則,將會(huì)加大Tc和Th間的漏熱熵增,從而抵消從Tc端吸熱同時(shí)向Th端放熱的制冷效果.最終決定熱電材料性能優(yōu)劣的是組合參數(shù),其中κ是材料的熱導(dǎo)率.參數(shù)Z和溫度T的乘積ZT無(wú)量綱,它在評(píng)價(jià)材料時(shí)更常用,是性能最佳的熱電材料,其ZT值大約是1.0.為要使熱電設(shè)備與傳統(tǒng)的制冷或發(fā)電設(shè)備競(jìng)爭(zhēng),ZT值應(yīng)該大于2.Glen Slack把上述要求歸納為“電子-晶體和聲子-玻璃”.也就是說(shuō),好的熱電材料應(yīng)該具有晶體那樣的高電導(dǎo)和玻璃那樣的低熱導(dǎo).在長(zhǎng)程有序的晶體中,電子以布洛赫波的方式運(yùn)動(dòng).剛性離子實(shí)點(diǎn)陣不會(huì)使傳導(dǎo)電子的運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn).電阻的產(chǎn)生來(lái)源于電子同雜質(zhì)、晶格缺陷以及熱聲子的碰撞.因此,在完善的晶體中σ可以很大.半導(dǎo)體中的熱導(dǎo)包含兩方面的貢獻(xiàn):其一由載流子(假定是電子)的定向運(yùn)動(dòng)引起的(κe);其二是由于聲子平衡分布集團(tuán)的定向運(yùn)動(dòng)(κp).根據(jù)維德曼-弗蘭茲定律,κe∝σ.人們不可能在要求大σ的同時(shí),還要求小的κe.減小熱導(dǎo)的潛力在于減小κp,它與晶格的有序程度密切相關(guān):在長(zhǎng)程有序的晶體中,熱阻只能來(lái)源于三聲子倒逆(umklapp)過(guò)程和缺陷、邊界散射;在非晶態(tài)玻璃結(jié)構(gòu)中,晶格無(wú)序大大限制了聲子的平均自由程,從而添加了對(duì)聲子的散射機(jī)制.因此,“聲子-玻璃”的熱導(dǎo)率κ可以很低.以無(wú)量綱優(yōu)值系數(shù)ZT來(lái)衡量熱電材料:BiSb系列適用于50—150K溫區(qū);Bi2Te3系列適用于250—500K;PbTe系列適用于500—800K;SiGe系列適用于1100—1300K.低溫?zé)犭娖骷?T≤220K)主要用于冷卻計(jì)算機(jī)芯片和紅外探測(cè)器.高溫?zé)犭娫O(shè)備可將太陽(yáng)能和核能轉(zhuǎn)化成電能,主用于航天探測(cè)器和海上漂浮無(wú)人監(jiān)測(cè)站的供電.氟里昂制冷劑的禁用,為半導(dǎo)體制冷的發(fā)展提供了新的契機(jī).1998年秋季在美國(guó)波士頓召開(kāi)的材料研究學(xué)會(huì)(MRS)學(xué)術(shù)會(huì)議上,熱電材料研究再一次成為討論的熱點(diǎn).Brian Sales等研究了一類(lèi)新型熱電材料,叫作填隙方鈷礦銻化物(filled skutterudite antimonides).未填隙時(shí),材料的化學(xué)式是CoSb3(或Co4Sb12).晶體中每個(gè)Co4Sb12結(jié)構(gòu)單元包含一個(gè)尺寸較大的籠形孔洞.如果將稀土原子(例如La)填入籠形孔洞,則化學(xué)式變?yōu)長(zhǎng)aCo4Sb12.由于La原子處于相對(duì)寬松的空間內(nèi),它的振動(dòng)幅值也較大.于是,在LaCo4Sb12中,Co4Sb12剛性骨架為材料的高電導(dǎo)提供了基礎(chǔ),而稀土La在籠中的振動(dòng)加強(qiáng)了對(duì)聲子的散射——減小了材料的熱導(dǎo).B.Sales 的工作朝著“電子-晶體和聲子-玻璃”的方向邁出了第一步.高壓(~2GPa)技術(shù)已經(jīng)被用于改進(jìn)熱電材料的性能.如果在高壓下觀(guān)察到了母材料性能的改善,人們將可以通過(guò)化學(xué)摻雜的辦法獲得類(lèi)似的結(jié)構(gòu),并將它用于常壓條件下.ZrNiSn的σ和α都很高,但它的熱導(dǎo)率κ并不低.或許可以通過(guò)加入第4或第5組元,增強(qiáng)對(duì)聲子的“質(zhì)量漲落散射”,達(dá)到減小熱導(dǎo)的目的.準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變,具有“聲子-玻璃”的性能.有關(guān)研究的重點(diǎn)是改善準(zhǔn)晶的導(dǎo)電性能.將納米金屬(Ag)嵌入導(dǎo)電聚合物,當(dāng)電流流過(guò)這種復(fù)合材料時(shí),可以產(chǎn)生大的溫度梯度.對(duì)此,還沒(méi)有理論上的解釋.有兩種低維熱電材料具有應(yīng)用前景:CsBi4Te6實(shí)際上就是填隙的Bi2Te3;硒(Se)摻雜的HfTe5,在T<220K的溫區(qū),其澤貝克系數(shù)α遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了Bi2Te3.此外,薄膜、人工超晶格、納米碳管、Bi納米線(xiàn)和量子阱系統(tǒng)、類(lèi)貓眼結(jié)構(gòu)等都展現(xiàn)出了在改進(jìn)熱電材料性能方面的潛力.
文章TAG:熱電熱電材料材料兩種熱電材料

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