热电材料作为环境友好的能源转化材料，已显示出了引人瞩目的应用前景，但是热电器件
走向实际应用的最大问题在于它的转换效率。从热力学的基本定理来说，热电优值没有上限。即使是应用固体理论模型和较为实际的数据计算得到的优值上限为ZT=4，仍远远大于目前
己获得的最大ZT值。通过寻求新类型或新结构的热电材料，优化制备工艺等，将有可能使
材料优值得到明显提高。
从目前的研究现状来看，未来热电材料的研究方向趋于以下几个方面：
2.纳米复合热电材料的研究
1低维热电材料的研究
降低材料维度，使用二维量子阱，一维量子线超晶格可以有效提高费米能级附近的态密度，增加载流子有效质量，提高Seebeek系数，同时材料中大量晶界对声子的散射使热导率大幅降低，两方面的共同作用使材料ZT值大幅提高。
即在三维块体材料中引入或原位生成纳米结构，或者将低维材料体系聚合成微纳复合材料，纳米结构的引入一方面可以大幅降低热导率，另一方面，可以通过量子限制效应大幅提高费米能级附近的电子态密度，提咼Seebeck系数。
电子跃迁示意图
导电聚合物的热电优值(ZT)优化只是处于起步阶段，还需要关于形态，化学和电子结构对三个主要的热电参数的影响进行了系统的了解。因为热电特性都彼此相关，以及导电聚合物众所周知的形态复杂性及其物理性质的各向异性，这一问题变得困难起来。就在过去几十年的导体和半导体聚合物研究的基础上，为聚合物基有机热电材料的发展奠定了坚实的基础。这一新兴研究领域的一个主要挑战是理解在导电聚合物各种塞贝克效应的来源以获得高的能量因子。此外，材料的热电性能表征也应得到发展。今天，从废物和太阳热能中大面积地进行热电能量收集看起来不起眼，但正在投入一些重要的努力，使起成为可能变得不再那么遥远。
随着能源与环境问题的日益突出，矿物能源来源枯竭和污染环境的挑战，太阳能的热利用越来越受到人们的重视。太阳能作为一种绿色可再生能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点，温差发电技术是利用塞贝克效应效应，直接将热能转化为电能的发电技术，具有无运动部件，体积小，质量轻，可靠性高等特点，是绿色环保的发电方式。将温差发电技术和太阳能集热技术结合起来，能够直接将太阳热能转化为电能，大大简化了发电系统的结构，具有广阔的应用前景。
随着我国国民经济的迅速发展，能源的日益紧张以及环境污染的日趋严重。热电材料作为一种环保型能力转换材料备受人们的关注、重视，热电材料巨大的军用、民用市场需求和现代科学技术的飞速发展，必将带动相关产业的发展，形成一个具有广阔发展空间的绿色节能和环保高技术产业，产生巨大的社会和经济效益。
最初，热电材料主要在太空探索等一些特殊领域被应用。20世纪60~70年代，美国、俄罗斯等国家就研究和开发了铅-碲系中温热电偶臂以及硅-锗系高温热电偶臂，并将其用作太空飞行器，微波无人中继站和地震仪等的特殊电源。1962年，美国首次将热电发电机应用于卫星上，开创了研制长效远距离，无人维护的热电发电站的新纪元。此后，美
国相继在其阿波罗月舱，先锋者、海盗、旅行者、伽利略和尤利西斯号宇宙飞船上使用以各种放射性同位素为热源的温差发电装置，取得了很好的效果。
随着能源供应的日益紧张，利用低品位能源和废热进行发电对解决环境和能源问题的重要性日益显现。美国能源部，日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划。早在20世纪80年代初，美国就完成了500~1000W军用温差发电机的研制。而后，日本开发出利用太阳能发电的光电-热电复合发电系统。而且建立了利用垃圾焚热余热发电的500W级示范系统。
近年来，美国、德国、日本已开发了利用汽车尾气发电的小型温差发电机，我国科技部也将热电转换研究列入国家重点基础研究发展计划。热电发电在国内的应用还处于研发和起步阶段，而基础理论研究取得了较大进展，如何制造出高性能的热电发电器件，提高热电转化率是国内亟待解决的问题。
导电高聚物优异的物理化学性能使其在能源（太阳能电池，二次电池）、光电子器件、电磁屏蔽、隐身技术、传感器、金属防腐、分子器件和生命科学等技术领域都有广泛的应用前景。
热电材料是一类能够实现热能和电能之间直接转换的特殊功能材料，可用于温控、温差发电、汽车尾气和工业余热的回收利用以及通电制冷等许多领域。由于采用热电材料的制冷和发电系统具有体积小、重量轻，无任何机械转动部分，工作中无噪音，不造成环境污染，使用寿命长，易于控制等优点，被认为是将来非常有竞争力的能源替代材料，在未来绿色环保能源工程和制冷技术工程方面有广阔的应用前景。
高性能热电材料的研究和开发是高效率热电转换器件的研制及其应用、商业化的前提和基础。与无机热电材料相比，已报道的聚合物热电材料的热电性能一般，且热稳定性相对较差，因此聚合物热电材料发展相对缓慢。但由于导电聚合物材料具有资源丰富，价格低廉，易合成，易加工，且热导率低等突出优点，被认为是最有前途的热电材料之一。近年来导电聚合物材料像聚苯胺、聚苯炔、聚吡咯、聚噻吩等的热电性能逐渐引起人们的关注。本文对近年来聚合物热电材料的研究进展进行介绍，分析其存在的问题，并提出了提高聚合物热电材料性能的初步策略。
随着半导体材料的开发和应用，研究人员发现了Seebecl系数大于100 pK/V的半导体材料，热电材料的研究又进入了一个新的高潮，例如电子晶体-声子玻璃热电材料，纳米超晶格热电材料，功能梯度热电材料，氧化物型热电材料等。其中，电子晶体声子玻璃是指材料导电性能方面象晶体，导热性能方面象玻璃。较为典型的材料是方钻矿，方钻矿材料电输运性
能很好。
近来有机热电材料的研究逐渐受到人们的重视，但是对聚（3-烷基噻吩）及其衍生物的热电性
能文献报道相对较少。对比其他有机热电材料，
晶格热导率的降低源于两个方面，一是填充原子占据空位后形成的质量起伏引发的声子点缺陷散射；二是填充原子不同的振动频率引发的共振散射。
今后的研究重点将集中在低维、多层热电材料以及有机、无机纳米复合热电材料的制备与表征方面。随着理论的深入和科技手段的提高，聚噻吩及其衍生物作为热电材料展示出光明的应用前景，必将创造出巨大的经济和环境效益。
经过30多年的研究发展，导电高分子己成为材料领域中的一个重要的方面，其优点主要有：（I）具有独特的物理、化学性能，通过化学或电化学掺杂，可以使电导率可以在绝缘体一半导体一金属态范围内变化，是所有物质中形态变化跨度最大的一类。（2）完全可逆的掺
杂/脱掺杂过程。（3）结构和性能的可控性。（4）既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有聚合物柔韧的机械加工性能和高聚物结构多样化，重量轻等特点。导电高聚物这些独特的性质，使其在太阳能电池、光电子器件、发光二极管、电致发光器件、生物传感器、电磁屏蔽、隐身技术、金属防腐蚀以及生命科学等领域具有广阔的应用前景。
5.2降低热导率
导电聚合物的热导率在10-3数量级，比无机半导体热电材料低1~2个数量级，并且不随电导率而发生变化，这对于提高材料的热电性能是十分有利的。
研究热点是如何降低其热导率，纳米超晶格热电材料存在许多界面，结构具有周期性，这些特性有助于增加费米能级附近的状态密度，使Seebec系数增大，有助于增加声子散射，同时又并不显着地增加表面的电子散射，由此在降低热导率的同时并不降低电导率。
2.1填充Skutterudite化合物
填充式方钻矿（Skutterudite）化合物因表现出“电子晶体-声子玻璃”（PGEC）的热电传输特性而引起人们的极大关注。Skutterudite化合物是指具有C0AS3型结构的材料，是一种很有潜力且被广泛研究的热电材料，结构通式可表示为AB3,其中A为Rh、Co、Ir等金属元素，B 为Sb、As、P等非金属元素，其具有复杂的立方晶体结构。每个单胞中存在两个大的空隙，一些大质量的金属原子可以填充到空隙中，形成填充方钻矿结构，填充原子在空隙中振动，对声子产生很大的散射，大幅度降低晶格热导率，填充原子越小，质量越大，它们产生的散射效应就越大越无序，晶格热导率的降低就越明显。
2.2 Half-Heusler金属间化合物
Half-Heusler金属间化合物的通式为XYZ ,其中X和丫是过渡金属元素，Z为主族元素，
通过外部原子取代以及掺杂可改善其热电性能。此类材料的一个显着缺陷是热导率偏高，
一般采用置换或多元合金化的方法来降低其热导率。
2.3金属氧化物
金属氧化物具有高的热稳定性和化学稳定性，可以在高温以及氧气氛中使用，并且大
多数氧化物都无毒、无污染、环境友好，是一种具有广阔应用前景的环境友好型热电材料。
金属氧化物热电材料的不足之处在于电导率偏低，如果能改善其电导率，将会大幅度提升
热电性能。
近年来，高性能的热电材料的研发已成为人们研究的热点，并制备出大量的新型无机
热电材料，如填充的Skutterudite、Half-Heusler合金、新型氧化物热电材料等，这些材料都
展示出较好的导电性和高的Seebeck系数。但遗憾的是这些材料或者需要进一步的提高热电
性能，或者制备比较困难，因此目前商业化最好的热电材料仍为传统的热电材料Bi2Te3。另
外，无机热电材料通常还存在资源有限、成本高、加工困难、有毒、难于分离和回收等缺
点，都阻碍了其产业化发展。
目前，研究较多的具有实际应用价值的热电材料均为无机半导体材料，而聚合物具有
质轻，制备简单，结构可设计等许多传统无机材料不具备的优点，能够满足许多特殊场合
的应用需求，如果能成为具有实际应用价值的热电材料，将是材料研究领域的一次重大突
破。在众多聚合物材料中，导电聚合物由于电导率可以在绝缘体——半导体——金属态较
宽的范围里变化，一直是材料科学的研究热点。
材料的纳米结构复合化
纳米结构复合化就是在材料中掺入纳米尺寸的杂质相把氧化物热电材料和纳米杂质复合就
能制备具有纳米结构的复合氧化物热电材料
其显着提高材料热电性能的原因在于！利用声子的散射效应就可以降低材料的声子热导！同时利用弥散在基体中纳米颗粒的渗流效应与特殊界面效应就能提高材料的电导率"纳米复
合引入的杂质相为大于载流子自由程且小于声子自由程的纳米尺寸"当声子在晶格内运动
时!随着被散射几率增加！声子热导率也随之降低！同时!材料的热导率和电导率也会处在一个最佳组合"通过电弧放电法！在+,热电材料中加入"，-纳米颗粒$./012' 01%后!材料的热导率有大幅度的降低!与",-
!的体积分数关系不大！加入的"，-!纳米颗粒越多
!"##$#%&系数越大!电阻率也越大！从而使材料的热电性能有很大提高
II
氧化石墨增强高分子材料热电性能的初步研究
分别以尼龙6和聚吡咯为基体，氧化石墨为填料，通过原位聚合反应制备了尼龙6-氧化石
墨及聚吡咯-氧化石墨复合材料。两种复合材料的热电性能测试数据表明：氧化石墨在尼龙6 基体中被同步还原为导电填料，尼龙6从绝缘体转变为半导体，热电性能大大增强，最大热电优值为氧化石墨在吡咯聚合过程中扮演着
模板的角色，促成聚吡咯分子链有序排列及堆积，热电性能增强，且复合材料的电导率和系数的最大值分别达到对应的热电优值为
AD转换器及其应用 一A/D转换器的基本原理 定义：能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。 A/D转换器转化模拟量的四个步骤：采样、保持、量化、编码。 模拟电子开关S在采样脉冲CP S的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。 1取样定理 将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模拟量称为采样。
取样定理：设取样脉冲s(t)的频率为f S，输入模拟信号x(t)的最高频率分量的频率为f max，必须满足f s ≥ 2f max y(t)才可以正确的反映输入信号(从而能不失真地恢复原模拟信号)。 通常取f s ＝（2.5～3）f max 。 由于A/D转换需要一定的时间，在每次采样以后，需要把采样电压保持一段时间。 s(t)有效期间，开关管VT导通，u I向C充电，u0(=u c)跟随u I的变化而变化； s(t)无效期间，开关管VT截止，u0(=u c)保持不变，直到下次采样。（由于集成运放A具有很高的输入阻抗，在保持阶段，电容C上所存电荷不易泄放。） 2 量化和编码 数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位△。 将采样－保持电路的输出电压归化为量化单位△的整数倍的过程叫做量化。 用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做编码。 一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量化过程中不可避免会产生误差，这种误差称为量化误差。量化级分得越多（n越大），量化误差越小。 划分量化电平的两种方法 （a）量化误差大；（b）量化误差小 3 采样-保持电路
新材料与新能源 可能用到的相对原子质量： H：1 C：12 N：14 O：16 Na：23 Mg：24 Al：27 Si：28 P：31 S：32 Cl：35.5 Fe：56 Cu：64 Ag：108 Ba：137 Cr：52 一、选择题： 1.生活离不开化学，下列有关说法正确的是 A.乙醇和汽油都是可再生能源，应大力推广使用“乙醇汽油” B.二氧化硅可用于光导纤维和太阳能电池 C.明矾和漂白粉都可用于自来水的消毒 D.发展“低碳经济”有利于缓解“温室效应” 2.温家宝总理在全国人大会议上所作的“政府工作报告”中指出：“抓好资源节约，建设环境友好型社会”，这是我国社会及经济长期发展的重要保证。你认为下列行为有悖于这一理念的是 A.开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料 B.将煤进行气化处理，提高煤的综合利用效率 C.研究采煤，采油新技术，尽量提高产量以满足工业生产的快速发展 D.实现资源的“3R”利用观，即：减少资源消耗（Reduce）、增加资源的重复使用（Reuse）、资源的循环再生(Recycle) 3.2020年1月1日，我省“苏北五市”决定全面推广使用乙醇汽油作为发动机燃料，即在汽油中掺入一定比例的乙醇，以代替一部分汽油。下列有关说法正确的是 A.乙醇汽油是一种清洁能源，燃烧不会产生污染 B.乙醇与汽油组成元素相同，化学成分相似 C.乙醇汽油燃烧时，耗氧量高于等质量的汽油 D.乙醇可通过淀粉转化制得，是一种可再生的燃料 4.生物质能是绿色植物通过叶绿体将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量，它一直是人类赖以生存的重要能源。下列有关说法不正确的是 A.生物质能是可再生性能源 B.沼气是由生物质能转换而来化石能源，其主要成分是碳氢化合物 C.乙醇汽油是混合型能源，乙醇可由富含淀粉的谷物发酵产生 D.用油料作物生产的“生物柴油”成分与从石油中提取的柴油成分相同 5.2020年9月，美国科学家宣称：普通盐水在无线电波照射下可燃烧，这伟大的发现，有望解决用水作人类能源的重大问题。无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的“结合力”，释放出氢原子，若点火，氢原子就会在该种频率下持续燃烧。上述中“结合力”实质是 A.分子间作用力 B.氢键 C.非极性共价键 D.极性共价键 6.氢核聚变能产生大量的能量，而高纯度铍（Be）是制造核聚变反应装置中最核心的部件之一的屏蔽包的主要材料，据中新网2020年2月6日报道，我国科学家己成功地掌握了
第二章能源的转换与利用 第一节能量转换的基本原理 1 概述 从热力学的角度看，能量是物质运动的度量，运动是物质的存在的方式，因此一切物质都有能量。 2 能量守恒与转换定律 能量守恒和转换定律指出：“自然界的一切物质都具有能量；能量既不能创造，也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体；在能量转换与传递过程中，能量的总量恒定不变。” 热力学第一定律：能量守恒 系统的内能=系统吸收的热量+对系统做功 3 热力学第一定律 任何处于平衡态的热力学系统都有一个状态参数U（内能）。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态时，内能等于系统吸收的热量和系统对外做功之和。 4 能量贬值原理 自然界进行的能量转换过程是有方向性的。 不需要外界帮助就能自动进行的过程称为自发过程，反之为非自发过程。自发过程都有一定的方向。 能量不仅有量的多少，还有质的高低。热力学第一定律只说明了能量在量上要守恒，并没有说明能量在“质”方面的高低。 水总是从高处向低处流动 气体总是从高压向低压膨胀 热量总是从高温物体向低温物体传递 热量传递有方向性 4 热力学第二定律的克劳修斯说法 不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 为了将热量从冷态输送到热态，您需要一个装置，例如热泵或冰箱，持续做功。 5 热力学第二定律的开尔文–普朗克说法 不可能从单一热源吸取热量使之完全转变成功而不产生其他影响。
热力学第二定律的实质就是能量贬值原理。 热力学第二定律深刻地指明了能量转换过程的方向、条件及限度。 6 能量转换的效率 根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他形式的能量。 各种不同形式的能量，按其转换能力可分为三大类： （1）无限转换能（全部转换能），如电能、机械能、水能、风能、燃料储存的化学能等；（2）有限转换能（部分转换能），如热能、流动体系的总能； （3）非转换能（废能）。 在能量利用中热效率和经济性是非常重要的两个指标。 由于存在着耗散作用、不可逆过程以及可用能损失，在能量转换和传递过程中，各种热力循环、热力设备和能量利用装置的效率都不可能达到100%。 7 火电站的能量转换效率是多少？ Overall efficiency: 88% ×46% ×98% = 40% 第二节化学能转换为热能 1 概述 燃料燃烧是化学能转换为热能的最主要方式。 能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的食品）。 所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。 燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。 天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。 天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。 天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。
《电子技术》课程设计报告 课题：计数式8位AD转换器的设计与制作 班级电子1141学号 1141202207 学生姓名冯申申 专业电子信息工程 系别电子信息工程系 指导教师电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院 电子信息工程学院 2016年06月
计数式8位A/D转换器的设计与制作 1、设计目的： a)培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 b)学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 c)进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。 d)培养学生的创新能力。 2、技术指标及要求： 1电源±5V 2输出数字量8位 3误差1LSB 4定时开始转换或手动控制开始 5有转换结束标志 6输入电压直流电压0～2.5V； 7 主要单元电路和元器件参数计算、选择； 8画出总体电路图； 9 安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象； 10 调试电路； 11 电路性能指标测试； 12提交格式上符合要求，内容完整的设计报告；
3、总体设计 总体设计框图 上图为8位为计数式8位A/D转换器的总体设计框图。该八位AD转换器由以下几部分组成：1）模拟电压产生电路 2）电压比较电路 3） DA转换电路 4）脉冲产生电路 5）控制电路 6）计数电路 7）输出电路 3.2 电路组成及工作原理
新材料产业——新能源材料 发展领域 新材料是指那些新出现的或正在发展中的、具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术(工艺,装备)，使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料；一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新材料的范畴。 新材料作为高新技术的基础和先导，应用范围极其广泛，它同信息技术、生物技术一起成为21世纪最重要和最具发展潜力的领域。随着我国能源消耗大幅度增长，煤炭、石油、天然气等传统能源已难于满足长期发展的需求，并会在消耗过程中对环境造成巨大破坏，要解决上述问题必须提高燃烧效率，实现清洁煤燃烧，开发新能源，节能降耗。这3个方面都与材料有着极为密切的关系。 新能源材料是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，它是发展新能源的核心和基础。主要包括储氢合金材料为代表的镍氢电池材料、嵌锂碳负极和LiCoO2正极为代表的锂离子电池材料、燃料电池材料、Si半导体材料为代表的太阳能电池材料和发展风能、生物质能以及核能所需的关键材料等。
前景展望 新能源和再生清洁能源技术是21世纪世界经济发展中最具有决定性影响的五个技术领域之一，新能源包括太阳能、生物质能、核能、风能、地热、海洋能等一次能源以及二次电源中的氢能等。新能源材料则是指实现新能源的转化和利用以及发展新能源技术中所要用到的关键材料，主要应用于照明、供电、供热等领域。 主要包括以镍氢电池材料、锂离子电池材料为代表的 绿色电池材料；燃料电池材料；太阳能电池材料以及铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料等。 当前绿色电池材料研究的热点和前沿技术包括高能储氢材料、聚合物电池材料、磷酸铁锂正极材料等。在燃料电池材料领域当前研究的热点和前沿技术包括中温固体氧化物燃料电池，电解质材料等。在太阳能电池材料领域当前研究的热点和前沿技术包括晶体硅太阳能电池材料、非晶硅薄膜电池材料、化合物薄膜电池材料和染料敏化电池材料等。 对我国来说，首先要考虑的是提高能源生产效率、减少污染，其中当务之急是逐步实现洁净煤燃烧。为了提高燃烧效率，提高热效和增加机动性，要发展超临界蒸汽发电机组、整体煤气化联合循环技术和大功率工业燃气轮机组，这些技术对材料的要求都十分苛刻，需要耐热、耐蚀、抗磨蚀、抗
热电材料作为环境友好的能源转化材料，已显示出了引人瞩目的应用前景，但是热电器件 走向实际应用的最大问题在于它的转换效率。从热力学的基本定理来说，热电优值没有上限。即使是应用固体理论模型和较为实际的数据计算得到的优值上限为ZT=4，仍远远大于目前 己获得的最大ZT值。通过寻求新类型或新结构的热电材料，优化制备工艺等，将有可能使 材料优值得到明显提高。 从目前的研究现状来看，未来热电材料的研究方向趋于以下几个方面： 2.纳米复合热电材料的研究 1低维热电材料的研究 降低材料维度，使用二维量子阱，一维量子线超晶格可以有效提高费米能级附近的态密度，增加载流子有效质量，提高Seebeek系数，同时材料中大量晶界对声子的散射使热导率大幅降低，两方面的共同作用使材料ZT值大幅提高。 即在三维块体材料中引入或原位生成纳米结构，或者将低维材料体系聚合成微纳复合材料，纳米结构的引入一方面可以大幅降低热导率，另一方面，可以通过量子限制效应大幅提高费米能级附近的电子态密度，提咼Seebeck系数。 电子跃迁示意图 导电聚合物的热电优值(ZT)优化只是处于起步阶段，还需要关于形态，化学和电子结构对三个主要的热电参数的影响进行了系统的了解。因为热电特性都彼此相关，以及导电聚合物众所周知的形态复杂性及其物理性质的各向异性，这一问题变得困难起来。就在过去几十年的导体和半导体聚合物研究的基础上，为聚合物基有机热电材料的发展奠定了坚实的基础。这一新兴研究领域的一个主要挑战是理解在导电聚合物各种塞贝克效应的来源以获得高的能量因子。此外，材料的热电性能表征也应得到发展。今天，从废物和太阳热能中大面积地进行热电能量收集看起来不起眼，但正在投入一些重要的努力，使起成为可能变得不再那么遥远。 随着能源与环境问题的日益突出，矿物能源来源枯竭和污染环境的挑战，太阳能的热利用越来越受到人们的重视。太阳能作为一种绿色可再生能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点，温差发电技术是利用塞贝克效应效应，直接将热能转化为电能的发电技术，具有无运动部件，体积小，质量轻，可靠性高等特点，是绿色环保的发电方式。将温差发电技术和太阳能集热技术结合起来，能够直接将太阳热能转化为电能，大大简化了发电系统的结构，具有广阔的应用前景。 随着我国国民经济的迅速发展，能源的日益紧张以及环境污染的日趋严重。热电材料作为一种环保型能力转换材料备受人们的关注、重视，热电材料巨大的军用、民用市场需求和现代科学技术的飞速发展，必将带动相关产业的发展，形成一个具有广阔发展空间的绿色节能和环保高技术产业，产生巨大的社会和经济效益。 最初，热电材料主要在太空探索等一些特殊领域被应用。20世纪60~70年代，美国、俄罗斯等国家就研究和开发了铅-碲系中温热电偶臂以及硅-锗系高温热电偶臂，并将其用作太空飞行器，微波无人中继站和地震仪等的特殊电源。1962年，美国首次将热电发电机应用于卫星上，开创了研制长效远距离，无人维护的热电发电站的新纪元。此后，美
ad转换器ad转换芯片ad转换器原理与分类常用ad转换器 2008年08月18日星期一23:02 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（V oltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。 2. AD转换器的主要技术指标 1）分辩率(Resolution)指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n 的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。 2）转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔。为
新材料新能源 (2) 高沸醇溶剂法制备纸浆与木质素 (2) 含高沸醇木质素或其衍生物的混凝土复合材料及其制备 (3) 木质素在保温建材中的应用 (3) 酶解木质素系列改性材料添加剂 (4) 木质素系列改性功能材料的制备 (5) 酶解木质素的分离、提取 (6) 酶解木质素改性酚醛树脂的制备 (6) 木质素改性聚氨酯的制备 (6) 木质素改性环氧树脂的制备 (7) “一步法”制备片式铝电解电容器 (8) 利用铝型材厂工业污泥制备氧化铝耐磨瓷球的方法 (9) 利用铝型材厂工业污泥合成堇青材料 (9) 利用铝型材厂工业污泥合成高纯度莫来石材料 (10) 高分子自润滑复合材料及其制备方法 (10) 高强高韧（铝硅、铝镁、铝铜等）铝合金研发与镁合金应用开发 (11) 镁合金压铸件生产技术 (12) 镁合金表面直接化学镀镍技术 (12) 铝合金陶瓷纤维复合材料 (13) 免高温热处理低合金耐磨铸钢的制备工艺 (14) 含铅、砷、锡D型石墨铸铁 (14) 种子改性新型阳极的研究与开发 (15) Nanode-Ⅰ、Ⅱ型纳米晶钛阳极及其工艺 (15) 电刷镀纳米晶镀层 (16) 无Ni型钛基形状记忆合金 (17) Fe-Mn-Si基形状记忆合金 (17) 磁耦合纳米级超磁致伸缩多层膜与MSAW器件的开发 (18) 中介高Q环保微波介质陶瓷 (18) 中低温制备的高介电常数微波介质陶瓷 (19) MLCC用环保电介质陶瓷 (19) 未来型太阳能电池-高效率染料敏化太阳能电池 (20) 高性能锂电池 (21) 一维结构的纳米材料 (22) 自清洁、抗菌与除臭新型功能陶瓷材料 (22) 聚酯废弃物改性铸造用植物油沥青粘结剂 (22) 改性植物纤维/EVA(或PE)复合发泡鞋材 (23) 改性玉米淀粉/EVA(或PE)复合发泡鞋材 (24) 高冲击、抗静电、阻燃粉状聚丙烯接枝共混改性工程塑料研究 (24) 高聚物/层状硅酸盐纳米复合材料 (25) 新型多功能羊毛酯稀土PVC热稳定剂的制备及应用研究 (25) 新型抗静电发泡材料 (26) 高效球形纤维素吸附剂 (27) 木质素（碱木素）胶粘剂 (28)
热电材料研究进展 热电材料研究进展 颜艳明1，应鹏展1，2,张晓军1，崔鑫3 （1中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州，221116 2中国矿业大学应用技术学院，江苏徐州，221008 3河南永煤集团城郊煤矿，河南永城，476600，） 摘要：本文介绍了热电材料的种类及各种热电材料的ZT值，提高热电材料热电性能的方法及热电材料在温差发电和制冷方面的应用，并对其发展前景进行了展望。 关键词：热电材料；热导率；载流子 Progress of thermoelectric materials Yanyanming1,Yingpengzhan1,2，zhangxiaojun1,cuixin3 (1:Shool of Materials, CUMT,Xuzhou , Jiangsu, 221116 2: School of applied Technology,CUMT,xuzhou,Jiangsu,221116 3: Yong suburban coal mine in Henan Coal Group,yongcheng,Henan,476600)
Abstract: This paper is described the types of thermoelectric materials and every thermoelectric materials’ZT value,the way to improve the thermoelectric materials’performance of thermal power and the application of thermoelectric materials’on thermal power generation and refrigeration, also give its future development prospects. Key words: Thermoelectric materials; Thermal conductivity; Carrier 1、引言 在以石油价格暴涨为标志的“能源危机”之后,世界上又相继出现以臭氧层破坏和温室气体效应为首的“地球危机”和“全球变暖危机”。各国科学家都在致力于寻求高效、无污染的新的能量转化利用方式, 以达到合理有效利用工农业余热及废热、汽车废气、地热、太阳能以及海洋温差等能量的目的。于是,从上个世纪九十年代以来, 能源转换材料（热电材料）的研究成为材料科学的一个研究热点。尤其是近几年, 国际上关于热电材料的研究更是非常火热。目前，热电材料的研究主要集中在三个领域：室温以下的低温领域、从室温到700K的中温领域和700K以上的高温领域。 热电材料（又称温差电材料）是利用固体内部载流子和声子的输运及其相互作用来实现将热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，其具有无机械可动部分、运行安静、小型轻便及对环境无污染等优点，在温差发电和制冷领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。
AD指标与类型 1. AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频A D转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型A D转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。
A/D转换：就是把模拟信号，转换为数字信号 ad:模数转换，将模拟信号变成数字信号，便于数字设备处理。 da：数模转换，将数字信号转换为模拟信号与外部世界接口。 具体可以看看下面的资料，了解一下工作原理： ad转换器的分类 1.下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、∑-δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如tlc7135） 积分型ad工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。初期的单片ad转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如tlc0831） 逐次比较型ad由一个比较器和da转换器通过逐次比较逻辑构成，从msb 开始，顺序地对每一位将输入电压与内置da转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如tlc5510） 并行比较型ad采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称flash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频ad转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型ad结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型ad转换器配合da转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现ad转换的叫做分级（multistep/subrangling）型ad，而从转换时序角度又可称为流水线（pipelined）型ad，现代的分级型ad中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类ad速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。4）∑-δ(sigma?/font>delta)调制型（如ad7705） ∑-δ型ad由积分器、比较器、1位da转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型ad在内置da转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列da转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片ad转换器。最近的逐次比较型ad转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如ad650） 压频变换型（voltage-frequency converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种ad的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功
高三化学新材料与新能源热点检测试题(含答案) 镜头四：新材料与新能源可能用到的相对原子质量： H：1 C：12 N：14 O：16 Na：23 Mg：24 Al：27 Si：28 P：31 S：32 Cl：35.5 Fe：56 Cu：64 Ag：108 Ba：137 Cr：52 一、选择题： 1.生活离不开化学，下列有关说法正确的是 A.乙醇和汽油都是可再生能源，应大力推广使用“乙醇汽油” B.二氧化硅可用于光导纤维和太阳能电池 C.明矾和漂白粉都可用于自来水的消毒 D.发展“低碳经济”有利于缓解“温室效应” 2.温家宝总理在全国人大会议上所作的“政府工作报告”中指出：“抓好资源节约，建设环境友好型社会”，这是我国社会及经济长期发展的重要保证。你认为下列行为有悖于这一理念的是 A.开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料 B.将煤进行气化处理，提高煤的综合利用效率 C.研究采煤，采油新技术，尽量提高产量以满足工业生产的快速发展 D.实现资源的“3R”利用观，即：减少资源消耗（Reduce）、增加资源的重复使用（Reuse）、资源的循环再生(Recycle) 3.2006年1月1日，我省“苏北五市”决定全面推广使用乙醇汽油作为发动机燃料，即在汽油中掺入一定比例的乙醇，以代替一部分汽油。下列有关说法正确的是 A.乙醇汽油是一种清洁能源，燃烧不会产生污染 B.乙醇与汽油组成元素相同，化学成分相似 C.乙醇汽油燃烧时，耗氧量高于等质量的汽油 D.乙醇可通过淀粉转化制得，是一种可再生的燃料 4.生物质能是绿色植物通过叶绿体将太阳能转化为化学能而贮存在生物质 内部的能量，它一直是人类赖以生存的重要能源。下列有关说法不正确的是 A.生物质能是可再生性能源 B.沼气是由生物质能转换而来 化石能源，其主要成分是碳氢化合物 C.乙醇汽油是混合型能源，乙醇可由富含淀粉的谷物发酵产生 D.用油料作物生产的“生物柴油”成分与从石油中提取的柴油成分相同 5.2007年9月，美国科学家宣称：普通盐水在无线电波照射下可燃烧，这伟大的发现，有望解决用水作人类能源的重大问题。无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的“结合力”，释放出氢原子，若点火，氢原子就会在该种频率下持续燃烧。上述中“结合力”实质是 A.分子间作用力 B.氢键 C.非极性共价键 D.极性共价键
热电材料 关键字：热电材料分类探究与展望 热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，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。 较好的热电材料必须具有较高的Seebeck系数，从而保证有较明显的热电效应，同时应有低的热导率，使能量能保持在接头附近。另外还要求热阻率较小，使产生的焦耳热量小。目前限制热电材料得以大规模应用的问题是其热电转换效率太低。热电材料的热电转换效率可用无量纲热电优值—ZT值来表征，ZT= S2Tσ/λ, ZT越大, 热电材料的性能越好，这里的T为绝对温度，Z=S2σ/λ，式中S为材料的热电系数，即材料的Seebeck系数，σ为材料的电导率，S2σ 又称为材料的功率因子，它决定了材料的电学性能。由Z的表达式可以看出，要提高材料的热电转换效率，应选用同时具有较大功率因子和尽可能低热导率的热电材料。影响热电材料的优值Z的3个参数Seebeck系数、热导率、电导率都是温度的函数。同时优值Z又敏感地依赖于材料种类、组分、掺杂水平和结构。因此每种热电材料都有各自的适宜工作温度范围。 1半导体金属合金型热电材料 金属材料的热电效应非常小,除在测温方面的应用外,其他没有实际的应用价值。直到20世纪50年代,人们发现小带隙(small band gap)掺杂半导体比金属大很多热电效应,研制温差电源和热电制冷器已具有现实意义。这类材料以Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ族及稀土元素为主。目前,研究较为成熟并且已经应用于热电设备中的 材料主要是金属化合物及其固溶体合金如Bi 2Te 3 /Sb 2 Te 3 、PbTe、SiGe、CrSi等, 这些材料都可以通过掺杂分别制成P型和n型材料。有报道称在实验室得到的最 高ZT值达到2.2 (AgPb m SbTe 2+m , 800K) 到2.4(Bi 2 Te 3 /Sb 2 Te 3 超晶格, 300K)。通 过调整成分、掺杂和改进制备方法可以进一步提高这些材料的ZT,通过化学气相 沉积（ CVD ）过程得到综合两维Sb 2Te 3 /Bi 2 Te 3 超晶格薄膜的ZT高达2.5，ZT的 研究还在继续进行。但是这些热电材料存在制备条件要求较高,需在一定的气体保护下进行,不适于在高温下工作以及含有对人体有害的重金属等缺点[1]。 2方钴矿(Skutterudite)热电材料 Skutterudide是CoSb 3的矿物名称，名称为方钴矿，是一类通式为AB 3 的化 合物（其中A是金属元素，如Ir、Co、Rh、Fe等；B是V族元素，如As、Sb、P 等）。二元Skutterudite化合物是窄带隙半导体，其带隙仅为几百毫电子伏，同时此类化合物具有较高的载流子迁移率和中等大小的反Seebeek系数，但热导率比传统的热电材料要高.此类化合物的显著特点是，外来小原子可以插入晶体结构的孔隙，在平衡位置附近振动，从而可以有效地散射热声子，大大降低晶格 热导率。最初的研究集中在等结的IrSb 3, RhSb 3 和CoSb 3 等二元合金,其中CoSb 3 的热性能相比较而言最好。尽管二元合金有良好的电性能,但其热电数据受到热 导率的限制。因此对多元合金的研究得到了重视，实验得到P型CeFe 3.5Co 0.5 Sb 12 方钴矿化合物ZT值在620K时达到1.4。目前进一步提高Skutterudite材料热电性能的途径有两条：（l）通过各种拾杂调节电学性能，（2）引入额外的声子散射降低晶格热导率[2]。
什么是ad转换器 将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称a/d转换器或adc,analog to digital converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称d/a转换器或dac,digital to analog converter）；a/d转换器和d/a转换器已成为信息系统中不可缺俚慕涌诘缏贰?br> 为确保系统处理结果的精确度，a/d转换器和d/a转换器必须具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，a/d与d/a转换器还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量a/d与d/a转换器的重要技术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的a/d和d/a转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。 A/D转换的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D 转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。 取样和保持 取样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。取样过程示意图如图11.8.1所示。图（a）为取样电路结构，其中，传输门受取样信号S(t)控制，在S(t)的脉宽τ期间，传输门导通，输出信号v O(t)为输入信号v1,而在（T s-τ）期间，传输门关闭，输出信号v O(t)=0。电路中各信号波形如图（b）所示。 图11.8.1 取样电路结构(a)
图11.8.1 取样电路中的信号波形(b) 通过分析可以看到，取样信号S(t)的频率愈高，所取得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。但带来的问题是数据量增大，为保证有合适的取样频率，它必须满足取样定理。 取样定理：设取样信号S(t)的频率为f s，输入模拟信号v1(t)的最高频率分量的频率为f imax，则f s与f imax必须满足下面的关系f s≥2f imax，工程上一般取f s>(3～5)f imax。 将取样电路每次取得的模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定值，每次取得的模拟信号必须通过保持电路保持一段时间。 取样与保持过程往往是通过取样-保持电路同时完成的。取样-保持电路的原理图及输出波形如图11.8.2所示。
热电材料 早在1823年德国的物理学家Thomas Seebeck就在实验中上发现, 在具有温度梯度的样品两端会出现电压降, 这一效应成为制造热电偶测量温度和将热能直接转换为电能的理论基础, 称为Seebeck 效应.Seebeck提出了用热电材料制成热电发电器的设想. 1834年Heinrich Lens又发现将一滴水置于铋(Bi)和锑(Sb)的接点上, 通以正向电流, 水滴结成冰, 通以反向电流, 冰融化成水, 此效应称为制冷效应或Peltier效应. 在此后的100多年, 热电材料的研究主要是围绕金属材料进行的, 由于热电转换效率低, 所以有关热电材料及热电转换装置的研究和应用一直进展缓慢. 在20世纪50年代, Abram Ioffe发现, 半导体材料的热电转换效应比金属材料有数量级上的增强, 利用半导体热电材料有望实现温差发电和制冷的设想, 从而在全世界范围内掀起了研究热电材料的热潮, 这种研究热潮持续了数年之久, 研究和评估了大量的半导体材料, 并发现Bi-Te Sb-Te系半导体材料具有良好的热电特性[1]. 在此后的几十年, 由于半导体热电材料仍难以满足现实应用过程对热电转换和制冷效率的要求, 研究工作又处于低潮阶段. 直到90年代初期, 随着全世界环境污染和能源危机的日益严重, 对人类可持续发展广泛的关注, 导致发达国家对新环保能源替代材料开发研究的重视和巨额投入, 利用热电材料制成的制冷和发电系统体积小重量轻; 无任何机械转动部分, 工作中无噪音, 不造成任何环境污染; 使用寿命长, 且易于控制. 由于热电材料的这些特性使其再次成为材料科学的研究热点. 近十年来, 材料科学的新进展, 如材料制备工艺及分析手段的多样化, 计算机模拟在材料科学中的应用, 新型先进材料的不断出现, 使得设计和制备新型 高性能高效率的热电材料的可能性逐渐增大. 目前, 围绕着一种称为声子玻璃电子晶体型热电材料(PGEC)的研究正在广泛展开[2]. 这类材料因具有晶体的导电性能和玻璃的导热性能而成为新一代前景广阔的热电材料. 从近年来在热电材料研究方面取得的进展, 美国科学家Terry. M. Tritt乐观地认为在未来几年内热电材料的研究将会有惊人的突破. §5.1热电效应和热电特性
新材料、新能源和节能环保产业相关政策—全梳理 表1 ：新材料领域相关国家政策 政策名称 政策要点 《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国务院） 新材料产业被列为七大战略性新兴产 业之一。 《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》 ●1.大力发展新型功能材料、先进结构材料和复合材料，开展纳米、超导、智能等共性基础材料研究和产业化，提高新材料工艺装备的保障能力。 ●2.建设产学研结合紧密、具备较强自主创新能力和可持续发展能力的高性能、轻量化、绿色化的新材料产业创新体系和标准体系，发布国家新材料重点产品发展指导目录，建立新材料产业认定和统计体系，引导材料工业结构调整。
《新材料产业“十二五”发展规划》（工业和信息化部）1.财税方面：建立稳定的财政投入机制；完善新材料产业重点研发项目及示工程相关进口税收优惠政策；研究制定新材料“首批次”应用示支持政策。 2.研发创新方面：建立面向新材料产业的人才服务体系；提高企业技术水平和研发能力；建立若干技术创新联盟和公共服务平台，组织实施重大工程。 3.投融资方面：加强政府、企业、科研院所和金融机构合作；制定和完善有利于新材料产业发展的风险投资扶持政策；鼓励金融机构创新符合新材料产业发展特点的信贷产品和服务；支持符合条件的新材料企业上市融资、发行企业债券和公司债券。 《国家中长期新材料人才发展规划（2010-2020 ●1.实现新材料人才资源“总量翻番”，满足领域发展
年）》（科学技术部）人才需求。 ●2.实施新材料 人才“五个三”工 程，优化领域人才资 源结构。 ●3.发挥政府、 企业、社会的作用， 改善领域人才发展环 境。 《外商投资产业指导目录（2011年修订）》（国家发展改革委） ● ●鼓励外商投资多种新材料产品。 《产业结构调整指导目录（2011年本）》（国家发展改革委） 鼓励多种新材料产品的发展。 《关于促进战略性新兴产业国际化发展的指导意见》（商务部） 1.支持国企业并购国外新材料企业和研发机构，加强国际化经 营。 2.鼓励生产高附加值产品的国外企业来华 投资建厂。 3.优化进出口商品结构，完善进出口管理措施，加大对新材料产品和技术进口的支持力度，鼓励高附加值新材料产品开拓国际市场。 4.鼓励新材料企业兼并重组，提高企业国
碲化铋及其合金：这是目前被广为使用于热电致冷器的材料，其最佳运作温度<450℃。 碲化铅及其合金：这是目前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℃。 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℃。 本图显示的是直接将热能转化成电能的实验设备。这种设备在实际应用中可以将任何高温损耗热量转化为有用的电能。图片左侧的是一个热电极，它像任何发热金属一样，该热电极表面覆盖着电镀层，如果它接触到冰冻的物体表面，便会产生电能。然而在一般情况下，在高温热电极下却很少产生电流。热电转换材料是一种可以将热能和电能相互转换的材料。目前常用的热电转换材料多以重金属铋、锑和铅等为原料，这些原料不仅在自然界含量少、熔点低，而且还有剧毒，这在很大程度上影响了真正的实用化。 与热电发电相反，热电制冷利用Peltier效应可以制造热电制冷机。它具有机械压缩制冷机所没有的一些优点：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，因而不存在污染环境问题，可实现精确控温，响应速度快，器件使用寿命长。因此热电制
冷已用于很多领域。除冰箱、空调、饮水机等家用电器外，热电制冷更重要的应用是信息技术领域，如红外探测器、激光器、计算机芯片等。例如，俄罗斯米格战斗机配备的AA-8和AA-11系列导弹就采用热电制冷对红外探测系统进行温控。热电制冷也已用于医学，如半导体制冷运血箱、冷敷仪、冷冻切片机、呼吸机、N D：YAG激光手术器，PCR仪等。另外，热电制冷材料的一个可能具有实际应用意义的场合是为超导材料的使用提供低温环境。 方钴矿型热电材料 方钴矿( Skutterudite)是一类通式为AB3的化合物，其中A是金属元素，如Ir、C o、Rh、Fe等，B是V族元素，如P、As、Sb等。方钴矿(Skutterudite)化合物是立方晶系晶体结构，具有比较复杂的结构，如图1所示。一个单位晶胞包含了8个A岛分子，共32个原子，每个晶胞内还有两个较大的笼状孔隙。 半导体金属合金型 热电材料半导体金属合金型热电材料以Ⅲ、Ⅳ、V族及稀土元素为主，目前研究比较成熟。已用作热电设备的材料主要是金属化合物及固溶体合金。如：Bi 2Te3／Sb2Te3、PbTe、SiGe、CrSi等。