【管理资料】热电材料与温差发电器汇编
热电材料PPT资料
的尺寸和布局方式可供选择。 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。
这一现象，我们称为汤姆逊效应。
计算
称量（电子称） 熔炼（真空电弧炉） XRD
在许多条件下，还可以使用脉冲宽度调制。
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
量要远远小于相应的机械式制冷体系。除此之外， 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。
3、Seebeck效应
对于各种严格的应用要求，有各种标准的或特殊 Negative Thomson effect
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。
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。
热电材料
优选热电材料pptppt
目录
➢ 现实生活中的热电材料 Negative Thomson effect
国家“973”计划、 能源开发机构NEDO、 DOE等均有所部署。 在许多条件下，还可以使用脉冲宽度调制。
➢ 热电材料的基本概念 优选热电材料pptppt
碱金属，Co, Ni, Fe等
计算
（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、
温差电现象及其应用温差发电机
温差电现象及其应用——温差发电机2010级化学物理系龚科PB10206089 摘要:本文分为两部分：第一部分介绍温差电现象的产生机理，包含汤姆孙效应、珀尔帖效应和塞贝克效应的介绍.第二部分介绍温差电现象的一种利用，即温差发电机的应用现状及前景.关键词：温差电现象汤姆孙效应珀尔帖效应塞贝克效应温差电发电机正文：一、温差电现象产生机理由两种不同材料制成的结点由于受到某种因素作用而出现了温差，就有可能在两结点间产生电动势，回路中产生电流，这就是温差电效应.所产生的电动势称为温差电动势，在一定范围内，温差电动势在数值上正比于两接点处的温度差，即ε=a(T1-T2)，（1）其中，a为塞贝克系数，在数值上等于单位温度差所引起的电动势.金属的温差电效应较小，a为0~80μV·K-1，用于测量温度，半导体温差电效应较大，a为50~103μV·K-1，可用来制造温差发电机.温差电效应由德国物理学家塞贝克于1821年首先发现；1834年，法国实验科学家珀尔帖发现了它的反效应：两种不同金属构成闭合回路，当回路中存在直流电流时，两个接头之间将产生温差，即珀尔帖效应.1837年，俄国物理学家楞次又发现，电流的方向决定了吸收热量还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流大小成正比.温差电效应根据具体作用原理及表现形式，有汤姆逊效应、帕尔贴效应、赛贝克效应三种.1、汤姆孙效应汤姆孙效应即导体两端有温差时产生电动势的现象.其机理是金属中温度不均匀时，温度高处的自由电子比温度低处的自由电子动能大.像气体一样，当温度不均匀时会产生热扩散，在温度低端堆积起来，从而在导体内形成电场在金属棒两端便形成一个电势差.这种自由电子的扩散作用一直进行到电场力对电子的作用与电子的热扩散平衡为止.2、珀尔帖效应珀尔帖效应就是电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量.由珀尔帖效应产生的热流量称作珀尔帖热.珀尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流.由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量.能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出.1837年，俄国物理学家楞次（Lenz，1804～1865）发现，电流的方向决定了吸收还是产生热量，发热（制冷）量的多少与电流的大小成正比，比例系数称为“帕尔帖系数”.Q=л·I=a·Tc·I，（2）其中л=a·Tc 式中：Q——放热或吸热功率π——比例系数，称为珀尔帖系数I——工作电流a——温差电动势率Tc——冷接点温度.珀尔帖效应最主要的应用就是半导体制冷.半导体制冷片具有以下优势：（1）可以把温度降至室温以下；（2）精确温控（使用闭环温控电路，精度可达±0.1℃）；（3）高可靠性（致冷组件为固体器件，无运动部件，寿命超过20万小时，失效率低）；（4）没有工作噪音.此应用不作为本文的主要内容，故不作详细介绍.3、塞贝克效应在两种金属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溢出功和有效电子密度这两个基本因素.产生塞贝克效应的机理，对于半导体和金属是不相同的.（1）半导体的塞贝克效应产生塞贝克效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果.例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势.自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（塞贝克系数为正），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（塞贝克系数为负），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型. 可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi 能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势.实际上，影响塞贝克效应的因素还有两个：第一个因素是载流子的能量和速度.因为热端和冷端的载流子能量不同，这实际上就反映了半导体Fermi能级在两端存在差异，因此这种作用也会对温差电动势造成影响——增强塞贝克效应.第二个因素是声子.因为热端的声子数多于冷端，则声子也将要从高温端向低温端扩散，并在扩散过程中可与载流子碰撞、把能量传递给载流子，从而加速了载流子的运动——声子牵引，这种作用会增加载流子在冷端的积累、增强塞贝克效应.半导体的塞贝克效应较显著.一般，半导体的塞贝克系数为数百mV/K，这要比金属的高得多.（2）金属的塞贝克效应因为金属的载流子浓度和Fermi能级的位置基本上都不随温度而变化，所以金属的塞贝克效应必然很小，一般塞贝克系数为0～10mV/K.虽然金属的塞贝克效应很小，但是在一定条件下还是可观的；实际上，利用金属塞贝克效应来检测高温的金属热电偶就是一种常用的元件.产生金属塞贝克效应的机理较为复杂，可从两个方面来分析：①电子从热端向冷端的扩散.然而这里的扩散不是浓度梯度（因为金属中的电子浓度与温度无关）所引起的，而是热端的电子具有更高的能量和速度所造成的.显然，如果这种作用是主要的，则这样产生的塞贝克效应的系数应该为负.②电子自由程的影响.因为金属中虽然存在许多自由电子，但对导电有贡献的却主要是Fermi能级附近2kT范围内的所谓传导电子.而这些电子的平均自由程与遭受散射（声子散射、杂质和缺陷散射）的状况和能态密度随能量的变化情况有关.如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大的话，那么热端的电子将由于一方面具有较大的能量，另一方面又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程，从而将产生塞贝克系数为负的塞贝克效应；金属Al、Mg、Pd、Pt等即如此.相反，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而减小的话，那么热端的电子虽然具有较大的能量，但是它们的平均自由程却很小，因此电子的输运将主要是从冷端向热端的输运，从而将产生塞贝克系数为正的塞贝克效应；金属Cu、Au、Li等即如此.塞贝克效应计算公式：V=（S B-S A)(T2-T1) （3）S A与S B分别为两种材料的塞贝克系数，在一定温度范围内，可以认为材料的塞贝克系数不变.塞贝克后来还对一些金属材料做出了测量，并对35种金属排成一个序列（即Bi-Ni-Co-Pd-U-Cu-Mn-Ti-Hg-Pb-Sn-Cr-Mo-Rb-Ir-Au-Ag-Zn-W-Cd-Fe-As-Sb-Te-……），并指出，当序列中的任意两种金属构成闭合回路时，电流将从排序较前的金属经热接头流向排序较后的金属.塞贝克效应应用主要是测温和发电.温差电发电机将在下文详细介绍.4、三种效应的关系塞贝克效应可以认为是汤姆孙效应和珀尔帖效应相结合所产生的现象.汤姆孙于1856年利用他所创立的热力学原理对塞贝克效应和珀尔帖效应进行了全面分析，将本来互不相干的塞贝克系数和珀尔帖系数之间建立了联系，在绝对零度附近，两者存在简单倍数关系.并由此提出了汤姆孙效应.二、温差发电机的应用温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件.将一个p型温差电元件和一个n型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶.在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率，因而得到了热能直接转换为电能的发电器.当发电器工作时，为保持热接头和冷接头之间有一定的温度差，应不断地对热接头供热，而从冷接头不断排热.热接头所供给的部分热量被作为珀尔帖热吸收了，另一部分则通过热传导传向冷接头.排出的热量应为冷接头放出的珀尔帖热和从热接头传导来的热量之和.对于上述接头的热平衡，还应加上汤姆逊热和被导体释放的焦耳热.设在系统中所产生的焦耳热中有一半传到热端，另一半由冷端放出，热源所消耗的热量是珀尔帖热、由于热传递迁移到冷端的热和交还给热源的焦耳热三部分组成，即为温差电单体的热电转换效率是有用功率与热源所消耗的热量之比.要想得到优值高的温差电材料，只有提高其塞贝克系数和电导率，降低其热导率.但是塞贝克系数、电导率和热导率都在不同程度上依赖于载流子浓度和迁移率，互相是关联的.1、材料制备温差电材料原则上可用通常的单晶体生长工艺来制备.但单晶体工艺需要精密的设备，操作复杂，成本较高.在实践中温差电材料往往采用多晶或定向多晶材料.通常，制备温差电材料的方法是粉末冶金法以及区域熔炼法.用粉末冶金法制备的温差电材料往往具有较低的热导率、较高的机械强度，但是却降低了电导率.相对而言，区域熔炼法可制备电导率较高的温差电材料，但同时也提高了材料的热导率.粉末冶金工艺，常规的有冷压法和热压法，近年来又发展了机械合金法（MA）、粉碎混合烧结（PIES）法、挤压法和放电等离子烧结法（SPS法）.通常，PbTe及SiGe合金用粉末冶金工艺制备，Bi2Te3及其合金用区域熔炼法，也可用热压工艺或挤压工艺制备.下面仅介绍粉末冶金法和区融熔炼法制备温差电材料的工艺.2、主要分类（1）按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等.放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238， Sr-90，Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器.核反应堆温差发电器是将原子能反应堆中燃料裂变产生的热能直接转换成电能的温差发电器.烃燃料温差发电器，燃烧气体烃燃料或液体烃燃料产生的热能直接转换成电能的温差发电器.低级热温差发电器，将各种形式的低温热能（包括余热、废热）直接转换成电能的温差发电器.（2）按工作温度来分类，温差发电器可分为高温温差发电器、中温差发电器和低温温差发电器三大类.高温温差发电器，其热面工作温度一般在700℃以上，使用的典型温差电材料是硅锗合金（SiGe）;中温温差发电器，其热面工作温度一般在400℃～500℃，使用的典型温差电材料是碲化铅（PbTe）;低温温差电器，其热面工作温度一般在400℃以下，使用的典型温差电材料是碲化铋（Bi2Te3）.3、应用范围（1）温差发电器在如今的应用面较窄，主要应用在航天方面.美国自1961年起在二十多项空间任务中使用同位素温差发电器做电源.这些同位素温差发电器的输出电功率从2.7W到300W，质量从2kg到34kg，最高效率已达6.7%，最高质量比功率已达5.2W/kg，设计寿命为5年.例如著名的阿波罗登月计划、飞向外层行星的旅游者、海盗号火星着陆器、伽利略飞船等都使用了同位素温差发电器.1997年10月，美国成功地发射了探测土星的卡西尼行星际飞船，有3个同位素温差发电器作电源.2006年1月，发射了探测冥王星的新视野号飞船，用1个RTG作电源.目前，这些同位素温差发电器的使用寿命都超过19年，有的已经工作30多年.日常方面（2）同位素温差发电器在地面和海洋开发中应用也日益增多.现已使用的同位素温差发电器功率范围在几毫瓦到数百瓦、上千瓦.主要用于灯塔、航标、海底声纳、海底微波中继站、自动气象站和地震测试站电源.军事方面（3）美军研制了前沿阵地使用的机动性高、无声、质量轻、能无人维护长期运行的液体燃料温差发电器，供夜视装置、雷达、导航设备、电台和指挥系统使用.这种发电器可使用柴油、汽油等多种液体燃料，功率从几十瓦到一千瓦，可便携或可作车载辅助电源.加拿大环球温差电公司生产的燃气温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用.环保方面（4）在低级热利用方面，温差发电器也很有前途.低级热，包括工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热、太阳热、地热、海洋热能等，热源的温度范围宽广.采用温差发电技术大规模利用低级热，可以开发出结构简单、维护少，而且是无公害的干净能源.很多专家认为，温差发电器利用这些热能，可直接产生低压大电流，如用于电解水制氢，是最好的低峰储能方式之一.4、应用前景长久以来，因为受到生产成本和转换效率的限制，温差电技术的应用一直局限于高科技和军事、航天领域. 最近，由于化石能源数量的日益减少和化石能源燃烧所引起的环境恶化问题的逼近，人们意识到利用低品位和废热进行发电对解决环境和能源问题的重要性. 另外，可供使用的热源的广泛性和廉价性大大增强了温差发电方式的商业竞争性. 我们知道，发电成本主要由运行成本和设备成本组成. 运行成本取决于转换效率和原料，设备成本决定于产生额定输出电力的装置. 虽然热电转换模块的成本很高，但由于利用低品位和废热发电的原料费用极少，几近为零，运行成本很低，因此发电总费用降低，使得温差发电可与现存发电方式进行商业竞争. 日本近几年开展了一系列以“固体废物燃烧能源回收研究计划”为题的政府计划，研究用于固体废物焚烧炉的废热发电技术，将透平发电机和温差发电机结合起来，实现不同规模垃圾焚烧热的最大利用，使垃圾真正成为可供利用的资源. 继日本之后， 2003年11月美国能源部宣布资助太平洋西北国家实验室、密西根技术大学、匹兹堡PPG 工艺有限公司等单位，重点支持他们在高性能热电转换材料和应用技术方面的开发，其主要应用对象是工业生产中的尾气热和其他构件中的废热和余热利用.参考书目：胡友秋、程福臻、叶邦角.2008.电磁学与电动力学.北京.科学出版社.百度百科..其他网上资料不一一详述.。
温差发电技术及其一些应用
温差发电技术及其一些应用来源：能源技术2009-5-121 温差发电的原理温差发电是利用两种连接起来的导电体或者半导体的塞贝克效应（Seebeck Effect），将热能转换成电能的一种技术。
由两种不同类型的半导体构成的回路如图1，当装置的一端处于高温状态另一端置于低温状态下，就会在回路中形成电动势：ε = αs （T1-T2）（1）式中：T1为低温度端温度，K；T2为高温端温度，K；αs为所用热电转换材料的塞贝克系数，V/K。
图1 温差发电原理图（点击图片放大）在应用时多个PN结串联起来，构成一个热电转换模块（见图2），目前已有产品面市。
例如图3为Hi-z公司生产的热电转换模块系列，该模块系列能在-20℃到300℃的温度范围内有效地进行热电转换，输出功率为2.5~19W，负载电压为1.65~3.30V。
图2 热电模块结构示意图（点击图片放大）图3 Hi-z生产的热电转换模块系列（点击图片放大）2 热电材料的研究进展热电转换模块转换的效率很大程度上决定于其组成材料的性能，温差发电的电动势不但取决于材料的塞贝克系数α，而且和高低温端间的温差△T和有关，s从而与材料的导热有关，另外输出电流还与材料的导电率有关，所以常用热电转换材料的优值Z评价材料的热电性能：Z=（αs）2σ/λ （2）式中：αs为塞贝克系数，σ为电导率，λ为热导率。
Z的量纲为K-1，研究分析中优值又常采用优值Z和工作温度T的无量纲ZT 表征。
提高材料的优值是研究开发高效热电转换材料的主要方向，通常有以下几种途径：①选择最佳载流子度；②提高载流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；④改变颗粒尺度使颗粒间既能导电同时声子散射又比较显著，促使颗粒定向分布；⑤选择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。
已有的研究资料表明，在室温下热电转换材料的优值只要能大于3，热电效率就可以达到令人较满意的水平并可以推广应用。
目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面。
温差能发电装置
温差能发电装置温差能发电装置是一种利用温度差异来产生电能的装置。
它的原理基于热力学第二定律，即温度差可以产生能量转化。
这种装置具有广泛的应用前景，可以在各个领域实现能源的高效利用。
温差能发电装置的工作原理是利用温度差，通过热电效应将热能转化为电能。
热电效应是指当两个不同温度的导体接触时，由于温差的存在，导体中的自由电子会发生能级的变化，从而产生电动势。
这种现象被称为热电效应。
温差能发电装置的核心部件是热电偶。
热电偶由两种不同材料的导体组成，通常是由铜和常见的热电材料如铋锑合金等组成。
当一个导体与另一个导体接触时，由于温度差异，电子在两个导体之间会发生能量转移，从而产生电流。
在实际应用中，温差能发电装置可以利用各种温度差来产生电能。
比如，可以利用太阳能和地热能来驱动温差能发电装置。
在太阳能方面，可以利用太阳能电池板将太阳能转化为热能，然后利用温差能发电装置将热能转化为电能。
在地热能方面，可以利用地下的热能来产生温差，然后通过温差能发电装置将热能转化为电能。
温差能发电装置还可以应用于工业生产中的余热利用。
在工业生产过程中，会产生大量的余热，如果不能有效利用，不仅会造成能源的浪费，还会对环境造成污染。
而利用温差能发电装置，可以将这些余热转化为电能，从而实现能源的高效利用。
温差能发电装置还可以应用于家庭生活中的能源利用。
比如，在冬天取暖时，可以利用室内外温差来产生电能，从而为家庭供电。
这种方式不仅可以减少家庭的能源消耗，还可以降低能源的成本。
温差能发电装置是一种利用温度差异来产生电能的装置。
它可以应用于各个领域，实现能源的高效利用，减少能源的浪费。
随着科技的进步和研究的深入，相信温差能发电装置在未来会有更广泛的应用前景。
热电材料与温差发电专利技术综述
热电材料与温差发电专利技术综述摘要：温差发电是一种全固态、无需化学反应的能量转换方式，其利用热电材料将热能直接转换为电能，本文介绍了温差发电技术的发展情况，并从专利视角出发，对温差发电技术的专利申请进行了汇总分析。
关键词：热电材料；温差发电；专利1 引言半导体温差发电是一种低品位热源，它具有结构简单、无噪声等优点。
相比于传统的化学电池，它在环保、寿命及体积等方面有着明显的优势。
如今，利用温差发电原理，将环境中的热源有效转换为电能回收供电，成为各大科研机构、公司的研究重点之一。
2 历史发展及现状温差发电技术最早起源于塞贝克效应。
1821年，德国科学家汤玛斯·塞贝克（Thomas Seebeck）把一个由两种不同导体组成的闭合回路放置在指南针附近，当对其回路中的一个接头进行加热后，指南针便会相应发生偏转，这一发现奠定了温差发电的理论基础。
1834年，法国科学家琼·珀尔贴（Jean Peltier）通过实验发现当电流流过两种不同的金属导体时，接头附近的温度会因此改变。
1855年，爱尔兰科学家威廉·汤姆逊（William Thomson）将上述两位科学家的发现相结合，对后来温差电学和热力学发展起到了极大的推动作用。
近年来，随着固体物理学的发展，有研究指出半导体材料的塞贝克系数高于金属导体。
其中前苏联科学家约飞（Ioffe）及其同事不仅提出了关于半导体温差电的理论，更从理论和实验上证明利用二种以上的半导体形成固溶体，可以使材料的热导率和电导率之比大大减小，从而使半导体材料的研究取得了重要突破。
期间，一些至今仍在使用的温差电性能较高的制冷和发电材料Bi2Te3、PbTe、SiTe等固溶体合金也相继被研究人员发现。
如今，随着能源危机和环境污染的加剧，人们开始更多地关注温差发电在废余热利用中的价值，许多国家在温差电材料、器件和系统、应用研究等方面投入了大量人力物力财力，也相应取得了很多有意义的进展[1-2]。
温差发电器中热电材料物性的影响分析
２００８．４ Ｖｏｌ．３２ Ｎｏ．４
２５２
测 试 与 分 析 电源技术
１ 物理模型与控制方程
考虑只有一个温差电单体对组成的温差发电器， 如图 １ 所示。温差电单体对由两种性能不同的半导体温差电元件连 接成， 两种电元件的尺寸相同， 均为等截面圆柱段。当温差电 单体对两端存在温差时， 由塞贝克效应可知不同元件的开路 端将产生一个电动势， 连接负载形成回路， 则回路中会有电流 产 生 。因 为 回 路 中 不 同 材 料 内 部 电 流 的 载 流 体 不 同， 由 珀 耳 帖 效应可知， 电流流经材料的交接处会伴随有热量的转换， 在高 温 端 电 流 吸 收 热 量 Ｑ Ｈ， 而 在 低 温 端 释 放 热 量 Ｑ Ｌ。
温差发电技术是多学科的综合， 其研制主要包括温差材 料的制取和设计、加热源的分装和设计、发电器整体的热设 计 、发 电 器 热 － 电 综 合 模 拟 等 方 面 的 研 究 工 作 。由 于 国 外 有 多
收稿日期： ２００７－ １０－ ２０ 作者简介： 贾阳（１９７０—）， 男 ， 吉 林 省 人 ， 博 士 ， 高 级 工 程 师 ， 主 要 研究方向为月面巡视探测器的总体研制。 Ｂｉｏｇｒａ ｐｈｙ： Ｊ ＩＡ Ｙａ ｎｇ（１９７０ —）， ｍａ ｌｅ ， Ｐ ｈ Ｄ， ｓ ｅ ｎｉｏｒ ｅ ｎｇｉｎｅ ｅ ｒ．
的边界条件， 并通过其连接处建立相互的影响作用， 稳态工作 时温差电元件的连接处有相同的温度值。
保持供电回路中负载电阻与发电器内电阻相等， 以期获 得较大的转换效率。定义圆柱段温差电元件的无量纲长度 ｌ ＊＝ｌ ／ｌ ０， 分 析 如 下 。
热电材料与温差发电技术
热电材料与温差发电技术1. 引言热电材料与温差发电技术是一种利用温差产生电能的技术。
它可以将热能转化为电能，具有广泛的应用前景。
本文将介绍热电材料的基本原理、分类和特性，并详细讨论温差发电技术的工作原理、应用领域和发展趋势。
2. 热电材料的基本原理热电材料是指具有热电效应的材料，能够将温差转化为电能。
热电效应是指在温差作用下，材料的电导率、热导率和Seebeck系数发生变化。
其中，Seebeck系数是衡量材料热电性能的重要参数，定义为单位温差下产生的电压与温差的比值。
热电材料可分为两类：正常材料和反常材料。
正常材料的Seebeck系数随温度的升高而增大，而反常材料的Seebeck系数则随温度升高而减小。
正常材料主要有铜、铁、铅等金属，而反常材料主要有硒化铋、碲化锑等化合物。
3. 热电材料的分类和特性根据热电效应的不同，热电材料可分为三类：普通热电材料、热电冷材料和热电超导材料。
普通热电材料是指在常温下具有较高的热电效应的材料。
它们的Seebeck系数较大，可以有效地将温差转化为电能。
普通热电材料主要用于温差发电、温度测量和温度控制等领域。
热电冷材料是指在温差作用下可以实现冷却效果的材料。
它们的Seebeck系数为负值，可以将热量从高温区域传递到低温区域，实现冷却效果。
热电冷材料主要用于制冷和空调等领域。
热电超导材料是指在温差作用下具有超导性的材料。
它们的Seebeck系数接近零，可以实现零电阻的电流传输。
热电超导材料主要用于能量传输和超导器件等领域。
4. 温差发电技术的工作原理温差发电技术是利用温差产生电能的技术。
它基于热电效应，通过将热电材料置于温差环境中，利用Seebeck效应产生电压差，从而实现电能的转换。
温差发电技术的工作原理如下：1.将热电材料置于温差环境中，使其一端暴露在高温区域，另一端暴露在低温区域。
2.温差使得热电材料的电导率、热导率和Seebeck系数发生变化。
3.由于Seebeck效应，热电材料产生电压差。
温差发电器
温差发电器1 概述1821年德国科学家塞贝克（T.J. Seebeck）发现了塞贝克效应，迄今已经快200年了。
第二次世界大战末发现半导体材料后，掀起了探索温差电材料和器件的热潮，促进了温差电理论和技术的发展。
二十世纪五十年代末六十年代初，空间技术飞速发展，急需一种长寿命、抗辐照的电源。
由于温差发电器是一种静态的固体器件，没有转动部件，体积小、寿命长，工作时无噪声，而且无须维护，成为空间电源研发的热点，大大刺激了温差电技术的发展。
1960年代初就有一批放射性同位素温差发电器（Radioisotope Thermoelectric Generator，英文缩写为RTG）成功地应用于空间、地面和海洋。
1963年美国将一个输出电功率2.7W的同位素温差发电器Snap3用在军用导航卫星上。
1969年到1972年美国人将5个Snap27同位素温差发电器成功地放在月面上作为月面科学仪器供电电源。
目前，常规的温差发电器的热电转换效率还不到10%。
与其它化学和物理电源电源相比，温差发电器的效率确实还较低。
但是，温差发电器具有其它电源尚不具备的优点，如寿命很长，应用环境和使用热源不受限制，特别是它可以利用所谓低级热发电－如工业废热、垃圾燃烧热、汽车排气管的余热以及太阳热、地热、海洋热能等，一直吸引着人们的青睐。
1990年起，出于环境保护和经济可持续发展的需要，许多国家的政府和公司投入资金用于开发温差电技术，在全球范围内又一次掀起了研发这种绿色电源的热浪。
目前，RTG是月球表面和深太空航天器的首选电源。
RTG也可以用作海上浮标、声纳的电源，或极地、边界的军用隐蔽电源、预警系统电源。
天然气燃料温差发电器已经在世界许多国家的输油、输气管线、通讯网络上获得了应用。
2 分类按使用的热源分类，温差发电器可分为放射性同位素温差发电器、核反应堆温差发电器、烃燃料温差发电器、低级热温差发电器等。
放射性同位素温差发电器(RTG)是将放射性同位素（如Pu-238, Sr-90,Po-210等）的衰变热能直接转换成电能的温差发电器。
温差发电片原理
温差发电片原理
温差发电片是一种能够将温差能转化为电能的装置，其原理基于热电效应。
热
电效应是指当两种不同导电性能材料的接触点处于不同温度时，会产生电动势。
温差发电片利用这一原理，通过温差能够产生电能，具有广泛的应用前景。
首先，温差发电片由两种不同导电性能的材料组成，一种是P型半导体，另一
种是N型半导体。
当两种半导体材料接触形成PN结时，如果两侧温度不同，就会产生热电动势。
这是因为温度不同导致了两种半导体材料的载流子浓度不同，从而产生了电势差。
其次，温差发电片中的热电效应可以通过“塞贝克效应”和“庞加莱效应”来
解释。
塞贝克效应是指在导体中，由于温度梯度引起的电子迁移，从而产生电势差。
而庞加莱效应是指在半导体中，由于温度梯度引起的电子迁移和扩散，也会产生电势差。
这两种效应共同作用下，使得温差发电片能够将温差转化为电能。
最后，温差发电片的工作原理是利用温度差异引起的电势差，通过连接外部电路，将产生的电能输出。
在实际应用中，温差发电片可以利用环境中的温差能源，如太阳能、地热能等，将其转化为电能供给电子设备使用。
这种技术在可穿戴设备、传感器、无线通信等领域都有着广泛的应用前景。
总之，温差发电片利用热电效应将温差能转化为电能，具有很高的能量转换效
率和环境适应性。
其原理基于热电效应，通过两种不同导电性能的半导体材料的接触，利用温度差异引起的电势差来产生电能。
这种技术在能源利用和环保方面具有重要意义，未来有着广阔的发展前景。
温差发电原理范文
温差发电原理范文温差发电是指通过温度差别产生电能的一种发电方式。
温差发电原理主要基于热力学的 Seebeck 效应和热电效应。
热电效应是通过水热循环效果来实现的。
具体来说，温差发电系统由高温燃烧器、低温燃烧器、热交换器和温差机组等组成。
高温燃烧器中燃烧燃料产生高温热能，低温燃烧器中燃烧燃料产生低温热能，通过热交换器将高温热能传递给低温热能。
热交换器中有一种称为工作流体的介质，它的温度会随着高温和低温热能的传递而变化，从而实现了温差发电。
Seebeck 效应是基于两个不同材料之间的热电势差产生电流的现象。
当两个不同材料的两个接触点处于不同的温度下时，会产生一个由净电荷形成的电场，从而产生电势差。
这个现象可以用一个简单的电路来表示，其中两个不同材料分别连接到一个外部负载电路，电荷从高温端流动到低温端，产生了一个电流，从而实现了温差发电。
温差发电的关键是选用适合的材料。
一种常用的材料是热电偶材料，它由两种不同的金属或半导体组成。
金属材料通常具有良好的导电性，而半导体材料具有较大的 Seebeck 系数，能够产生较大的电势差。
通过合理地选择和组合这些材料，可以实现高效的温差发电。
在实际应用中，温差发电技术可以被广泛应用于各种场景。
例如，在工业生产过程中产生的高温废热可以被利用来发电，从而提高能源利用效率。
此外，温差发电技术还可以被应用于太阳能、生物质能等新能源领域，实现可持续发展。
总的来说，温差发电是利用温度差别来产生电能的一种技术。
通过热力学的 Seebeck 效应和热电效应，可以将温度差别转化为电能。
温差发电技术具有广阔的应用前景，可以提高能源利用效率，促进可持续发展。
热电材料与温差发电器演示课件
要想让热电器件广泛应用于商业，热电材料的 ZT值必须 接近于 3
13
温差发电器
? 温差发电器的构成：
热源
温差电 组件
冷源 (散热器)
外壳
整个发电器中要使热源、温差电组件、散热器之间相互电绝缘，在热路上 同时要保证有最小的热阻；
根据热源的类型和所能达到的最高温度选择合适的温差电材料与组件；
? Peltier系数 ?????，? 单位 W/A ，V
4
汤姆逊效应——热电第三效应
? 由汤姆逊于 1856年发现 ? 当单一导体或半导体 在两端有温差以及有电流通过时，会在此导体或半导体
上产生吸热或放热的现象 ? Thomson 效应的起因与 Peltier效应非常类似，不同之处在于 :
在Peltier 效应中，载流子的势能差异是构成回路的两导体中载流子势能不同所 致，而在 Thomson 效应中，载流子的能量差异是由 温度梯度 引起的。 ? β Thomson 系数，单位 V/K
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(ThBiblioteka ?Tc)? ?
Th ???(1?
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2Th
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(1? m)2 ZTh
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7
帕尔贴热 +传导热 -焦耳热
Z
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2 PN
Ri?
热电优值
热电转化效率
? 热电转化效率的影响因素：
? 热端与冷端温度 ? m ? RL Ri 的取值 ? 热电优值
单一热电材料的优值Z： Z值有量纲，单位为K-1.
图 Angel- RTG结构示意图
安装方便，成本较低，但热量利用率较低