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课件材料的热电性质.ppt

课件材料的热电性质.ppt
三个基本热电效应
一 帕耳帖效应 二 汤姆逊效应 三 塞贝克效应
一 帕耳帖效应
1 定义：
将铜、铋两根金属丝的端点互相连接（A,B处）成为一闭合回 路。将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后发 现A接头变冷，吸热效应；B接头变热，发生了放热效应，
这个现象称为帕尔帖效应
2 分析原因：
不同的金属，电子状态不同， 铜铋接触时，电子从1→2， 1中电子减少，2中电子增多。 1电位为正，2电位为负。 这样不同金属的接触面处产生的电势称接触电势差（V12）
二 汤姆逊效应
1 定义：
当金属导线两端，温度不同，通过电流，发现，若电流方向与 热端方向一致时产生放热，反之吸热。这就是汤姆逊效应。
T1 + + ++ ++
I ++ ++
T2 + +
T1> T2
2 分析原因：
金属两端存在温差：T1 高 温 T2 低 温
高温电子动能大，低温电子动能小， 电子将从T1 扩 散T2， 并在T2处堆 积从而在金属到体内出现电势差，
准确性高，成本高
<50 ℃无电势 电势大，线性好
-270 ~ -250 ℃
灵敏度高
应用 精密测温、标准
科学研究 氧化、中性气体
火灾报警 各种场合 各种场合、常用 各种场合
低温
低温
称为温差电势差 V(T1,T2）
T1
++ ++ ++ ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
温差电势原理图
外加电流与V(T1,T2)同向 电子从T2 T1被V(T1,T2)加速 在与金属离子碰撞中传给金属离 子能量，使整个金属能量升高， 放出热量。

热电材料

热电材料

宇宙探测卫星的电源。利 用原子炉的热能发电
热电转换材料的研究现状
• 公认的热电材料有Bi2Te3，PbTe，SiGe等。这些 材料具有的ZT=1，变换效率超过10%的高性能。 但是有耐热，耐氧化性差，原料储藏少，对环境 有污染等问题。 • 热电材料要求导电率σ和Seebeck系数S要大，热 传导率要小。固体中输送电荷的电子同时输送热。 因为热电率对应单位载流子输送的熵，载流子密 度的增大可以使σ变大，但是S变小。也就是说， 决定热电性能三个物性保持互相约束的状态。 • 2007年Ohta（太田 ，名古屋大学）成功的合成 了SrTiO3化合物的人工超格子的2维电子气 （2DEG），得到了高性能的热电材料（ZT=2.4）
• 热电偶材料：热电偶种类很多，已研制的组合 热电偶材料近300种，已经标准化的15种，工 业上广泛应用的8种，有相应标推代号。
• 常用的热电偶的类别
热电偶类别 铂铑30－铂铑6 铂铑10－铂 镍铬－镍硅 镍铬－康铜 铂铑13-铂 代号 WRR WRP WRN WRE WRB 分度号 B S K E R 测温范围 0－1800℃ 0－1600℃ 0－1300℃ 0－800℃ 0-1600℃ 允许偏差限 ±0.25%t ±0.25%t ±0.75%t ±0.75%t ±0.25%t
• （2）温差电热效应 • 在热电回路中，与两接点间的温度差而引起的塞 贝克电动势相反，通电时，在回路中会引起两种 热效应，帕尔贴和汤姆逊热效应。前者出现在不 同的两个电极的接头处；后者一种导体的的两端 上。
帕尔贴效应
塞贝克，帕尔帖和汤姆逊称为热电三效应
汤姆逊效应
• 珀尔帖热效应
• 当直流电通过由两种不同导电材料所构成的回路时，接点 上将产生吸放热现象改变电流方向，吸放热也随之反向该 效应称之为珀尔帖效应。

热电材料 ppt课件

热电材料 ppt课件

ppt课件
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（3）利用seebeck效应，由热生电
温差发电材料，主要有ZnSb、PbTe、GeTe、SiGe等合金材料。
半导体温差发电机的特点是：无噪声、无磨损、无振动、可
靠性高、寿命长；维修方便；易于控制和调节，可全天候工
作；可替代电池。
半导体温差发电机的热源：煤油、石油气以及利用Pu238、
sr90、Po210等放射性同位素p。pt课件
当电流在已经存在温差的导体中流动时，热量会被吸收或者 被放出。而电流方向和温差之间的相对关系决定了材料 在这个过程中是吸收热量还是放出热量。这一现象，我 们称为汤姆逊效应。
铜、锌等
正汤姆逊热效应 Positive Thomson effect
ppt课件
碱金属，Co, Ni, Fe 等 负汤姆逊热效应 Negative Thomson effect
10
4、帕尔贴(Peltier)效应
（1）定义：即电流通过两个不同导体形成的接点时，接点 处会发生放热或吸热现象，称为Peltier效应。又称第二 热电效应。
当在两个节点T1和T2输入一个电压Vin，回路中会产生一个
相应的电流I。接头A处的热量会被吸收，从而产生一个微弱
的制冷现象，在B处，随着热量的流入温度升高。
13
6、热电性能评价
ppt课件
优异热电性能： Seebeck系数大 电导率高 热导率低
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7、热电材料的优点
① 没有运动部件：热电制冷器在工作的时候只用到 电能，不会有任何运动的部件，这样一来，它们 基本上不需要维护保养。
② 体积和重量很小：一个热电制冷系统的体积和重 量要远远小于相应的机械式制冷体系。除此之外， 对于各种严格的应用要求，有各种标准的或特殊 的尺寸和布局方式可供选择。

热电材料

热电材料

1.热电材料的定义

在两种金属A和B组成的回路中，如果使 两个接触点的温度不同，则在回路中将出 现电流，称为热电流。 塞贝克效应的实质在于两种金属接 触时会产生接触电势差，该电势差取决于 金属的电子逸出功和有效电子密度这两个 基本因素。

2.生活中的热电材料
热电制冷
2.生活中的热电材料
热电发电
严重, 热电材料作为一种新型能量转换材 料倍受人们的关注、重视。
我国在热电材料的研究上相对落后,
国内 这方面的研究主要集中在几个大学: 清华 大学、浙江大学、武汉工业大学、厦门大 学等, 而且主要集中是在理论研究上
5.热电材料的前景展望

我国是一个能耗大国, 随着经济的发展, 我国对能源的需 求会更大。然而, 目前热电材料的优值普遍还比较低, 并 且制备的成本较高, 这极大地制约了它的发展, 如果能把 材料的热电优值提高到3 左右, 那它将可以与传统的发 电与制冷方式相媲美。
2.生活中的热电材料
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
3.热电材料的介绍
4.热电材料的优点
4.热电材料的优点
4.热电材料的优点
5.热电材料的前景展望
随着能源的速发展给热电材料的研究和制备注 入了新的活力, 纳米材料的量子效应以及对声子的散射 效应有望大幅度提高材料的热电性能, 使其热电优值提 高到3 变成可能。因此, 研究高优值的热电材料将对我 国的发展带来深远的影响。
谢谢大家！
1.热电材料的定义

当两种不同的导体A和B组成的电路且通 有直流电时，在接头处除焦耳热以外还会 释放出某种其它的热量，而另一个接头处 则吸收热量，且帕尔帖效应所引起的这种 现象是可逆的，改变电流方向时，放热和 吸热的接头也随之改变，吸收和放出的热 量与电流强度I/A成正比，且与两种导体的 性质及热端的温度有关，即： Qab=Iπab

高分子压电材料及热电材料ppt课件

高分子压电材料及热电材料ppt课件
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4
• 各向同性的非晶态聚合物对应力的响应与 方向无关，不能预示在零电场时它会有压 电及热电响应。然而若人为地使样品内分 子偶极子的排布从优取向，则样品就可能 具有压电及热电效应。
5
• 对于晶态聚合物，可将压电张量与热电张 量的分量记为。
6
• 沿十3方向的拉应力将使样品厚度增加．电极电荷 下降，故d33为负，记为d33-沿1与2方向的应力使 样品厚度下降，电极电荷增加，因而d31与d32为正。 d24与d15分别代表切应变力T4与T5产生的压电常数 分量，由于绕轴l发生正切变，切变应力T4使偶极 子由十3方向旋转到十2方向，在切应变前，电位 移D2＝0，切应变后，1与3方向因切变前后状态 不变而不发生压电效应，即d24≠0， d14＝d34＝ 0．同理，切变应力T5使偶板子由十3方向旋转到 十1方向，即d15≠0, d25＝d35＝0．至于切变应力T6 因它不使1、2、3方向的极化状态改变，故d16＝ d26＝d36＝0．
7
• 热电常数。因为沿1、2轴不存在净偶极矩， 故p1=p2＝0，温度增加使晶体膨胀，极化 强度下降，故p3负，记为p3-
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压电高分子材料分类
• 虽然几乎所有的高分于材料都具有一定的 压电性，通常可把具有实用价值的压电高 分子材料分为3类：天然高分子压电材料， 合成高分子压电材料；复合压电材料（晶 态高分子十压电陶瓷，非晶高分子十压电 陶瓷）
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• 聚偏氟乙烯链的序列结构
• 单体链节A是正常的头—尾结构，而B、C、 D是头—头或尾—尾结构，是不规整链节， 就会有反方向的—CF2-偶极子，从而降低 压电率．
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• 聚合物的极性与其晶相结构有关．PVDF在结晶 时．依赖于条件可以生成三种晶相，即α、β、γ相， 并在一定条件下可以互相转化，α相晶体的结构属单 斜晶系(β’=90。)，链具有一种滑移型tgtg (t表示反式， g表示左旁式，g’旁式)构象，β具有与链轴垂立及相 平行的偶极矩分量。同一晶胞内两条链的偶极矩呈 反平行，故晶体没有自发极化，呈反极化。当PVDF 薄膜在130℃以下定向拉伸到原始长度的几倍时，就 出现β晶相，用于正交晶系，相晶体中链是扩展的平 面锯齿型t t t t构象。在垂直链轴方向的偶极矩大(约 为7.06×10-30cm)，同一晶胞内两条链的偶极矩相互 平行，因而晶体有自发极化，为极性晶体。γ晶相是 PVDF在低于熔点的湿度和普通大气压下结晶得到的， 或在高温下通过熔融结晶得到。γ晶相的红外光谱与 β晶相的十分类型，用于正交晶系，链的构象近似为

第4章 热电材料 ppt课件

第4章 热电材料 ppt课件
1、珀尔帖热效应
当直流电通过由两种不同导电材料所构成的回路 时，接点上将产生吸放热现象，改变电流方向， 吸放热也随之反向，该效应称之为珀尔帖效应。
1834年Heinrich Lens发现将一滴水置于铋和 锑的接点上，通以正向电流，水滴结成冰，通以 反向电流，冰融化课件
热还是吸热，依温度梯度和电流的方向而定，热
效应∆QT的大小与电流I、温度梯度dT/dx和通 电流的时间∆t成正比，即
QT

I
dT dx
t
式中μ称为汤姆逊系数，其代表单位电荷通过单位
温度梯度时所吸收（或释放）的热量。
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ppt课件
这种可逆的温差电热效应是汤姆逊从理论上预言 的。汤姆逊将两种温差电热效应的系数与温差热 电效应的赛贝克系数联系起来得到汤姆逊关系式
灵敏阈值是可测出电阻变化的最小（热值）功。
数量级在10-9W左右。12
ppt课件
三、热电导材料的种类
1、正温度系数热电导材料 其特点是温度增高，电导率增加。
2、负温度系数热电导材料 其特点是温度增高，电导率降低。
四、热电导材料的应用
热电导材料可以作热敏电阻等热敏元件，红外 探测器元件。热电导半导体材料可以作半导体 热敏器件、半导体热敏传感器。
∆V与两接点间的温差∆T有关。当∆T很小时 ，∆V与∆T成正比关系。定义∆V对∆T的微分 热电动势为
SAB为材料A和B的赛贝克系数 。
SAB=SA-SB SA、SB为材料A、B的赛贝克
系数
EAB=SAB ∆T 5
图4－1 赛贝克效应
ppt课件
（二）温差电热效应
在热电回路中，与两接点间的温度差所引起的赛 贝克电动势相反，通电时，在回路中会引起两种 热效应，珀尔帖和汤姆逊热效应。前者出现在电 极的两个接头处；后者发生在两个电极上。

《材料的热电性质》课件

电导率（Electrical Conductivity）是衡量材料导电 性能的参数，表示材料中自由电荷的流动能力。
热导率和电导率对热电材料的性能也有重要影响， 良好的导热和导电性能有助于提高热电转换效率。
ZT值
02
01
03
ZT值（ZT Value）是衡量热电材料综合性能的参数， 由塞贝克系数、电导率和热导率共同决定。
热电效应的应用
热电材料可以用于温差发电、温度传感器、红外探 测器等领域。
热电效应的应用
80%
温差发电
利用塞贝克效应，可以将热能转 换为电能，用于太阳能发电、地 热发电等领域。
100%
温度传感器
利用皮尔兹效应，可以制作高灵 敏度的温度传感器，用于测量温 度、监控工业生产过程等。
80%
红外探测器
利用热电材料可以制作红外探测 器，用于军事侦察、环境监测等 领域。
详细描述
热电效应的微观解释可以从能带结构的角度来理解。当温度 梯度存在时，能带结构发生变化，导致电子和空穴的迁移率 不同，从而产生电动势或热量。此外，热激发引起的电子和 空穴的迁移也是热电效应的重要机制。
03
热电材料的种类与特性
金属类热电材料
总结词
具有较高的热电性能，常用于制造高 效热电转换装置。
皮尔兹系数的值越大，表示材料在热电转换过程中能够吸收或释放的热量越多，制冷或制热效果越明显 。
皮尔兹系数的测量方法是在热电材料两端施加电流，测量由此产生的温差，从而计算出皮尔兹系数。
热导率与电导率
热导率（Thermal Conductivity）是衡量材料导热 性能的参数，表示材料在单位时间内通过单位面积 的热量。
电子冷却
通过将电子器件产生的热量转换为电能并 排放到外界，可以实现电子器件的冷却， 提高其稳定性和寿命。

《半导体的热电性质》课件

1 热电效应的概念
热电效应是指材料受到温度差异时产生的电压和电流现象。
2 热电效应分类
热电效应主要分为Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
3 热电效应的应用
热电效应广泛应用于电力产生、温度控制和热电物性测量等领域。
半导体材料的电学性质
半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料，具有独特的电学性质。它的导电性质由载流 子类型、密度和能带理材料在温度变化下的电导率和热电系数的变化。
2 n型和p型半导体的热电性质差异
n型和p型半导体在热电性质上存在差异，由于载流子类型和能带结构的差异导致。
3 热电系数的测量方法和应用
热电系数可以通过测量温度梯度下的电压差来获得，并应用于热电材料的性能评估和热 电器件的设计。
半导体基础概念
半导体是一种电导率介于导体和绝缘体之间的材料。
半导体的载流子类型和密度
半导体具有n型半导体和p型半导体两种载流子类型，并且载流子密度可以通过掺杂调控。
能带理论及其对半导体导电性的解释
能带理论解释了半导体导电性的基本原理和机制。
半导体材料的热电性质
半导体材料的热电性质是指在温度变化下，半导体的电导率和热电系数的变化。n型和p型半导体 在热电性质上存在一定差异。
热电材料的应用
热电材料是可将热能直接转化为电能或者将电能转化为制冷或加热效果的材料。它在发电和制冷领域有广 泛的应用。
热电材料的制备方法
热电材料可以通过合成、掺 杂和工艺优化等方法来制备。
热电材料在发电领域 的应用
热电材料可以应用于废热利 用、太阳能发电等领域，将 热能转化为电能。
热电材料在制冷领域 的应用
《半导体的热电性质》 PPT课件

哈工大热电材料海洋能PPT

潮汐能
潮汐能指在涨潮和落潮过程中产 生的势能。潮汐能的强度和潮头 数量和落差有关。
温差能
海水温差能是指海洋表层海水 和深层海水之间水温差的热能
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能量形式
海风能 海流能 盐差能
海风能
近海风能是风能地球表面大量空 气流动所产生的动能。在海洋上， 风力比陆地上更加强劲，方向也 更加单一。
海流能
海流能指海水流动的动能，主要 是指海底水道和海峡中较为稳定 的流动以及由于潮汐导致的有规 律的海水流动所产生的能量
波力发电
海浪有惊人的力量，5米高的海浪， 每平方米压力就有10吨。大浪能把 13吨重的岩石抛至20米高处，能翻 转1700吨重的岩石，因此波力发电 是非常重要的一个研究方向。
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05 现状与展望
现状与展望
早在12世纪，人类就开始利用潮汐能。法 国沿海布列塔尼省就建起了“潮磨”，利用 潮汐能代替人力推磨。因此国外在很早就已 经进行海洋能的开发，技术也比较成熟。
海洋可再生能源开 发利用与技术进展
CONTENTS
1. 何谓海洋能 2. 能源特点 3. 能量形式 4. 利用方式 5. 现状与展望
01 何谓海洋能
何谓海洋能
海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋 通过各种物理过程接收、储存和散发能量， 这些能量以潮汐、波浪、温度差、盐度梯度、 海流等形式存在于海洋之中。 地球表面积约为5.1×108km2，其中陆地表 面积为1.49×108km2占29%；海洋面积 3.61×108km2，以海平面计，全部陆地的平 均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为 380m，整个海水的容积多达1.37×109km3。 一望无际的大海，不仅为人类提供航运、水 源和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量， 它将太阳能以及派生的风能等以热能、机械 能等形式蓄在海水里。
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（2）利用帕尔贴效应，由热制冷
温差致冷材料，主要是铋、锑、硒、碲组成的固溶体， 通常是由Bi—Sb—Te组成p型材料，Bi—Se—Te组成n 型材料。目前，半导体致冷器所用材料是Bi2Te3、 Sb2Te3、Bi2Se3及其固溶体，其优值系数应
T1
V (SB(T ) SA(T ))dT V (SB SA)(T 2 T 1)
式中SA 和 SB 为两个不同材料的seebeck系数。
（2）Seebeck系数
S为seebeck系数公式为：
它的大小和符号取决于两种材料的特性和两结点的温度。原则上讲，当 载流子是电子时，冷端为负，S是负值；如果空穴是主要载流子类型， 那么热端为负，S是正值。
（3）利用seebeck效应，由热生电
温差发电材料，主要有ZnSb、PbTe、GeTe、SiGe等合金材料。 半导体温差发电机的特点是：无噪声、无磨损、无振动、可 靠性高、寿命长；维修方便；易于控制和调节，可全天候工 作；可替代电池。 半导体温差发电机的热源：煤油、石油气以及利用Pu238、 sr90、Po210等放射性同位素。
2、什么是热电效应？
热电效应是电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总 称，包括Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
3、Seebeck效应
（1）定义：塞贝克（Seebeck）效应，又称作第一热电效应。 它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起 两种物质间的电压差的热电现象。赛贝克电势差V的计算 公式： T2
Linux系统
WIEN2k软件
得到态密度（DOS） 能带(Bandstructure) 赛贝克系数（S） 电导率( )
3、软件模拟与实验的结合
origin软件 Kaleidagraph软件 画图
PPMS测试结果
对 比
Thank you！
4、帕尔贴(Peltier)效应
（1）定义：即电流通过两个不同导体形成的接点时，接点 处会发生放热或吸热现象，称为Peltier效应。又称第二 热电效应。
当在两个节点T1和T2输入一个电压Vin，回路中会产生一个 相应的电流I。接头A处的热量会被吸收，从而产生一个微弱 的制冷现象，在B处，随着热量的流入温度升高。
利用高聚光太阳能在基板上产生的热 能发电，提高转换率；国家“973” 计划、日本能源开发机构NEDO、美国 DOE等均有所部署。
利用燃烧热、地热、体表 温差等热源，为野外作业、 偏远山区、器械等提供电 能。
二、基本概念
1、什么是热电材料？
热电材料（也称温差电材料thermoelectric materials）是一种利用固体内部载流子运动， 实现热能和电能直接相互转换的功能材料。
③ 可以降温到环境温度以下：传统的散热器需要将
温度升高到环境温度以上才可以使用，与其不同 的是热电制冷器具有将物体温度降低到环境温度 以下的能力。
④ 同一器件可以满足升温和降温的要求：热电制冷器可以
通过调整加载的直流电流的方向，调整制冷或者加热模 式。应用这一特点就不必在给定体系内加入另外独立的 加热或者制冷功能元件。
热电材料简介
141200008 瞿晓丹
目录
现实生活中的热电材料 热电材料的基本概念
我所现阶段涉及的方面（相当浅显）
一、现实生活中的热电材料
1、热电制冷
2、热电发电
美国、德国、日本、韩国等汽车公司（ GM、 BMW、 HONDA、大众、现代等）正在开展相关研发工作， 可节省油耗5%；国内相关研究刚刚起步（上汽）。
6、热电性能评价
优异热电性能： Seebeck系数大 电导率高 热导率低
7、热电材料的优点
① 没有运动部件：热电制冷器在工作的时候只用到
电能，不会有任何运动的部件，这样一来，它们 基本上不需要维护保养。
② 体积和重量很小：一个热电制冷系统的体积和重
量要远远小于相应的机械式制冷体系。除此之外， 对于各种严格的应用要求，有各种标准的或特殊 的尺寸和布局方式可供选择。
⑩ 点制冷：应用热电制冷器，可以做到对单独的单
元或者很小的区域进行制冷，因此可以避免冷却 整个封装器件或外壳时可能造成的能源浪费。 等等。。。
三、我现阶段所涉及的方面（皮毛）
1、实验部分 BaSi2的制备
计算
称量（电子称）
熔炼（真空电弧炉）
XRD
测热电性能（PPMS）
压片
2、计算部分（软件模拟）
在工作过程中基本上不会产生任何电子干扰信号，它可 以与敏感的电子感应器相连接，并不会干扰其工作。另 外，它在运行过程中也不会产生任何噪音。
⑧ 可以在任意角度下工作：热电制冷器可以再任意
角度和零重力状态下工作。所以，在航天器械中 应用非常广泛。
⑨ 简单方便的能源供给：热电制冷器能够直接使用
直流电源，并且加载电源的电压和电流能够在很 大范围内变化。在许多条件下，还可以使用脉冲 宽度调制。
⑤ 精确的温度控制：由于热电制冷器具有一个闭路温度控
制循环，它可以在0.1 ℃范围内精确地控制温度。
⑥ 高可靠性：由于全部为固态基构造，热电制冷器具有很
高的可靠性。尽管某种程度上与应用条件有关，但是典 型热电制冷器的寿命一般可以达到200,000小时以上。
⑦ 电子静音：与传统的机械式制冷器件不同，热电制冷器
当电流在已经存在温差的导体中流动时，热量会被吸收或者 被放出。而电流方向和温差之间的相对关系决定了材料 在这个过程中是吸收热量还是放出热量。这一现象，我 们称为汤姆逊效应。
铜、锌等
正汤姆逊热效应 Positive Thomson effect
碱金属，Co, Ni, Fe 等 负汤姆逊热效应 Negative Thomson effect