高压热电材料
热电材料(全面的)
热电材料thermoelectric material将不同材料的导体连接起来,并通入电流,在不同导体的接触点——结点,将会吸收(或放出)热量.1834年,法国物理学家佩尔捷(J.C.A.Peltier)发现了上述热电效应.1838年,俄国物理学家楞次(L.Lenz)又做出了更具显示度的实验:用金属铋线和锑线构成结点,当电流沿某一方向流过结点时,结点上的水就会凝固成冰;如果反转电流方向,刚刚在结点上凝成的冰又会立即熔化成水.热电效应本身是可逆的.如果把楞次实验中的直流电源换成灯泡,当我们向结点供给热量,灯泡便会亮起来.尽管当时的科学界对佩尔捷和楞次的发现十分重视,但发现并没有很快转化为应用.这是因为,金属的热电转换效率通常很低.直到20世纪50年代,一些具有优良热电转换性能的半导体材料被发现,热电技术(热电制冷和热电发电)的研究才成为一个热门课题.目前,在室温附近使用的半导体制冷材料以碲化铋(Bi2Te3)合金为基础.通过掺杂制成P 型和N型半导体.如前所述,将一个P型柱和一个N型柱用金属板连接起来,便构成了半导体制冷器的一个基本单元,如果在结点处的电流方向是从N型柱流向P型柱,则结点将成为制冷单元的“冷头”(温度为Tc),而与直流电源连接的两个头将是制冷单元的“热端”(温度为Th). N型半导体的费米能级EF位于禁带的上部,P型的则位于禁带的下部.当二者连接在一起时,它们的费米能级趋于“持平”.于是,当电流从N型流向P型时(也就是空穴从N到P;电子从P到N),载流子的能量便会升高.因此,结点作为冷头就会从Tc端吸热,产生制冷效果.佩尔捷系数,其中是单位时间内在结点处吸收的热量,I是电流强度,Π的物理意义是,单位电荷在越过结点时的能量差.在热电材料研究中,更容易测量的一个相关参数是泽贝克(Seebeck)系数α,,其中T是温度.显然,α描述单位电荷在越过结点时的熵差.对于制冷应用来说,初看起来,电流越大越好,佩尔捷系数(或泽贝克系数)越大越好.不幸的是,实际非本征半导体的性质决定了二者不可兼得:电流大要求电导率σ高,而σ和α都是载流子浓度的函数.随着载流子浓度的增加,σ呈上升趋势,而α则下跌,结果ασ只可能在一个特定的载流子浓度下达到最大(注:由热激活产生的电子-空穴对本征载流子,对提高热电效益不起作用).半导体制冷单元的P型柱和N型柱,都跨接在Tc和Th之间.这就要求它们具有大的热阻.否则,将会加大Tc和Th间的漏热熵增,从而抵消从Tc端吸热同时向Th端放热的制冷效果.最终决定热电材料性能优劣的是组合参数,其中κ是材料的热导率.参数Z和温度T的乘积ZT无量纲,它在评价材料时更常用.目前,性能最佳的热电材料,其ZT值大约是1.0.为要使热电设备与传统的制冷或发电设备竞争,ZT值应该大于2.Glen Slack把上述要求归纳为“电子-晶体和声子-玻璃”.也就是说,好的热电材料应该具有晶体那样的高电导和玻璃那样的低热导.在长程有序的晶体中,电子以布洛赫波的方式运动.刚性离子实点阵不会使传导电子的运动发生偏转.电阻的产生来源于电子同杂质、晶格缺陷以及热声子的碰撞.因此,在完善的晶体中σ可以很大.半导体中的热导包含两方面的贡献:其一由载流子(假定是电子)的定向运动引起的(κe);其二是由于声子平衡分布集团的定向运动(κp).根据维德曼-弗兰兹定律,κe∝σ.人们不可能在要求大σ的同时,还要求小的κe.减小热导的潜力在于减小κp,它与晶格的有序程度密切相关:在长程有序的晶体中,热阻只能来源于三声子倒逆(umklapp)过程和缺陷、边界散射;在非晶态玻璃结构中,晶格无序大大限制了声子的平均自由程,从而添加了对声子的散射机制.因此,“声子-玻璃”的热导率κ可以很低.以无量纲优值系数ZT来衡量热电材料:BiSb系列适用于50—150K温区;Bi2Te3系列适用于250—500K;PbTe系列适用于500—800K;SiGe系列适用于1100—1300K.低温热电器件(T≤220K)主要用于冷却计算机芯片和红外探测器.高温热电设备可将太阳能和核能转化成电能,主要用于航天探测器和海上漂浮无人监测站的供电.最近,氟里昂制冷剂的禁用,为半导体制冷的发展提供了新的契机.1998年秋季在美国波士顿召开的材料研究学会(MRS)学术会议上,热电材料研究再一次成为讨论的热点.Brian Sales等研究了一类新型热电材料,叫作填隙方钴矿锑化物(filled skutterudite antimonides).未填隙时,材料的化学式是CoSb3(或Co4Sb12).晶体中每个Co4Sb12结构单元包含一个尺寸较大的笼形孔洞.如果将稀土原子(例如La)填入笼形孔洞,则化学式变为LaCo4Sb12.由于La原子处于相对宽松的空间内,它的振动幅值也较大.于是,在LaCo4Sb12中,Co4Sb12刚性骨架为材料的高电导提供了基础,而稀土La在笼中的振动加强了对声子的散射——减小了材料的热导.B.Sales 的工作朝着“电子-晶体和声子-玻璃”的方向迈出了第一步.高压(~2GPa)技术已经被用于改进热电材料的性能.如果在高压下观察到了母材料性能的改善,人们将可以通过化学掺杂的办法获得类似的结构,并将它用于常压条件下.ZrNiSn的σ和α都很高,但它的热导率κ并不低.或许可以通过加入第4或第5组元,增强对声子的“质量涨落散射”,达到减小热导的目的.准晶的结构复杂多变,具有“声子-玻璃”的性能.有关研究的重点是改善准晶的导电性能.将纳米金属(Ag)嵌入导电聚合物,当电流流过这种复合材料时,可以产生大的温度梯度.对此,还没有理论上的解释.有两种低维热电材料具有应用前景:CsBi4Te6实际上就是填隙的Bi2Te3;硒(Se)掺杂的HfTe5,在T<220K的温区,其泽贝克系数α远远超出了Bi2Te3.此外,薄膜、人工超晶格、纳米碳管、Bi纳米线和量子阱系统、类猫眼结构等都展现出了在改进热电材料性能方面的潜力.热电效应所谓的热电效应,是当受热物体中的电子(洞),因随着温度梯度由高温区往低温区移动时,所产生电流或电荷堆积的一种现象。
氮化硼导热率
氮化硼导热率
氮化硼是一种高导热率的陶瓷材料,具有优异的导热性能。
其导热率比金属铜高出3倍以上,达到了220-280 W/mK。
这种高导热性能使得氮化硼成为了一种重要的导热材料,在高温、高压等极端环境下应用广泛。
氮化硼的导热性能与其晶体结构有关,其晶体结构为六角晶系,由相互紧密堆积的BN层组成。
这种结构使得氮化硼具有优异的导热性能和高温稳定性,且不易受化学腐蚀。
氮化硼的高导热性能使得它被广泛应用于热导材料、散热材料、电子元器件、热电材料等领域。
例如,氮化硼导热膏被用于CPU散热器和LED散热器中,氮化硼陶瓷管可用于高压电气设备和高速列车的制动系统中。
此外,氮化硼也是一种重要的热电材料,可用于制造热电发电机和热电制冷器等设备。
总之,氮化硼的高导热性能使得它在各种极端环境下都能发挥重要的作用,是一种非常有前途的材料。
- 1 -。
k型热电偶分类
k型热电偶分类K型热电偶分类K型热电偶是一种常用的温度测量设备,广泛应用于工业领域。
根据不同的特性和用途,K型热电偶可以分为以下几个分类:1. 基本分类•标准型(K):采用镉镍合金和铂铑合金作为热电偶材料,适用于0℃至1200℃的温度测量。
•高温型(KP):使用硅化钛作为热电偶材料,可在1200℃至1700℃的高温环境下进行测量。
•超高温型(KU):采用耐高温陶瓷作为保护管,可以在1700℃至2300℃的超高温环境下进行测量。
2. 应用分类•工业型(KI):适用于工业自动化控制系统,如炼油厂、化工厂等。
•航空航天型(KA):经过特殊处理,能适应航空航天领域的高温和高压环境。
•生物医学型(KB):具有防护液体渗入的特性,适用于生物医学实验和医疗设备中的温度测量。
•全素套管式:热电偶连接头和温度点在同一轴线上,适用于一般工况下的温度测量。
•隔离套管式:热电偶被隔离在保护管内,能够防止腐蚀性气体和液体对热电偶的侵蚀。
•可曲式:热电偶的保护管经弯曲处理,便于测量弯曲或曲面表面的温度。
4. 特殊分类•防爆型(KE):符合防爆标准,适用于有爆炸危险的场所。
•防腐蚀型(KC):热电偶材料经过特殊处理,能够抵御腐蚀性气体和液体的腐蚀。
•导电型(KD):具有导电性能,适用于需要同时进行温度测量和电导率测量的场合。
以上是常见的K型热电偶分类,不同的分类适用于不同的场景和环境。
根据具体需求,可以选择合适的K型热电偶进行温度测量。
5. 精密分类•高精度型(KH):采用高精度的热电偶材料和制造工艺,具有更高的测量精度。
•超高精度型(KUH):在高精度型的基础上进一步提高了测量精度,适用于对温度要求极高的场合。
•固定端接头:热电偶连接头和检测点固定在同一位置,适用于固定位置的温度测量。
•可调端接头:热电偶连接头和检测点可以调整位置,适用于需要灵活调节位置的温度测量。
7. 长度分类•标准长度:一般采用标准长度的热电偶,常见长度为1米或2米。
电热材料及热电材料
简述电热材料及热电材料电热材料一、总述◆电热材料:利用电流热效应的材料。
一般应用于电热器。
◆性能要求:高电阻率和低的电阻温度系数,在高温时有良好的抗氧化性,并有长期的稳定性,有足够高的高温强度,易于拉丝。
◆分类:金属型和非金属型。
常用的为Ni-Cr系和Fe-Cr-Al系合金◆用途:主要用作电热器。
二、电热材料分类及其特点2.1金属电热材料●贵金属及其合金:铂、铝铂、铜铂、铂铱合金等,铱易挥发和氧化,能显著地提高铂的耐腐蚀性,具有高硬度、高熔点、高耐蚀能力和低的接触电阻。
●重金属及其合金:钨等,可用于工业炉中。
●镍基合金:铬镍合金、铬镍铁合金等。
这类合金的特点是以氧化铬构成表面保护膜,耐蚀性强,高温强度高,成型加工和焊接性能好。
缺点是价格高。
高电阻电热合金、高温合金、精密合金、耐热合金、特种合金、不锈钢等都是常见和常用的镍铬合金。
●铁基合金:铁铬铝合金、铁铝合金等。
具有高的电阻率和硬度,密度较小(6。
5~7。
2g/mm3),抗振动和抗冲击性能良好。
在450℃和700℃左右分别有脆化区,在高温下长期使用,晶粒容易粗化,因而高温抗蠕变性能和室温韧性较低,但电阻率高,抗氧化性良好,且价格便宜,因而应用广泛。
2.2非金属电热材料●碳化硅:具有优良的常温力学性能,如高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损以及低的摩擦系数,而且高温力学性能是已知陶瓷材料中最佳的,其高温强度可一直维持到1600℃。
缺点是断裂韧性较低,即脆性较大。
●碳化硅粉易升华分解,一般碳化硅陶瓷都是用粉末冶金法制备。
●二硅化钼:具有金属与陶瓷的双重特性,是一种性能优异的高温材料。
极好的高温抗氧化性,抗氧化温度高达1600℃以上。
主要应用作发热元件、集成电路、高温抗氧化涂层及高温结构材料。
●石墨:耐高温性好,导电性比一般非金属矿高一百倍。
导热性超过钢、铁、铅等金属材料。
常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。
高压处理残余应力
3.2.1残余应力模型理论值
两球接触处烧结并撤掉压力后,由于两球完全相等,根据对称原理, 撤压 后的两球之间接触面仍为原圆接触面,并只存在法向接触压力, 两球在接触处 的竖向位移仍应满足相同形式的方程式:
从力学意义上分析,暂不考虑上球,暴露赫兹接触接 触压力,而在下球接 触处叠加上希赖什尔接触压力大 小相等,方向相反的拉力,此时下球接触处的 受力状 态正好为烧结卸压后的状态。此时接触面上点竖直位 移为常数口一口’, 方向指向球心。如图3.7。上球 同理。
由于烧结块体在六个面上分别受到相同大小的压力的作用,颗粒堆积情况 非常复杂,本文模型假设的集中力与对应的远场真实烧结压力的关系也非 常复 杂,所以本文在模型的集中力与烧结压力的对应关系上,也做了一定 的简化: 将烧结颗粒做整齐排列,并只考虑单轴上的压力,从而得到烧结 压力90和集中 力P之间的对应关系:P=4R2吼,R为颗粒的半径。
当两球体以某一力P相压时,在接触点附近将发生局部 形变而出现一个边界为圆形的接触面。由于接触面的边界 半径总是远小于足和足,故可以用关于半空间体的成果来 分析此种局部形变。命M沿zl方向的位移及腹沿z:方向的 位移分别为w和%,并命zI轴上及乞轴上“距O较远处’’ 的两点相互趋近的距离为口,则M和M:之间距离的缩短 为a-(w。+w2)。这里所谓“距D较远处", a-(w +w2) D " 是指该处的形变已经可以略去不计。假定在发生局部形变 以后,M和M,成为接触面上的同一点M,则由几何关系 有
2.烧结的模型化理论
• 对烧结过程模型化,即把烧结过程分解为一系列依次进行 的烧结阶段,尽管在实际烧结过程中这些接管有时互相重 叠。烧结过程一般可以被分解为下述 7个阶段: • 1.颗粒之间形成接触; • 2.烧结颈长大(颈长); • 3.连通孔洞闭合; • 4.孔洞圆化; • 5.孔洞收缩和致密话; • 6.孔洞粗化; • 7.晶粒长大。
简述铁电、压电和热电纳米材料的催化研究
简述铁电、压电和热电纳米材料的催化研究铁电、压电和热电纳米材料近年来在催化研究领域引起了广泛关注。
这些材料具有特殊的结构和性质,对催化反应具有重要作用。
本文将对铁电、压电和热电纳米材料的催化性能进行简要介绍,并分析其应用前景。
铁电材料是一类具有铁电性质的材料,其具有正负两个永久电偶极矩的材料。
研究表明,铁电材料可以用作催化剂,提高催化反应的速率和选择性。
铁电材料的催化性能主要归因于其特殊的电荷分布和表面性质。
例如,铁电材料可以通过调节电荷重排来改变催化活性位点的结合能,从而影响催化反应的速率和选择性。
此外,铁电材料还可以通过外加电场和应力来调控其催化性能。
因此,铁电材料已被广泛应用于氧化还原反应、电催化和光催化等领域。
压电材料是一类具有压电效应的材料,其具有在外力作用下产生电荷分离的特性。
研究表明,压电材料可以用作催化剂,提高催化反应的速率和选择性。
压电材料的催化性能主要归因于其特殊的结构和电荷分布。
例如,压电材料的晶格变形可以改变催化活性位点的结合能,从而影响催化反应的速率和选择性。
此外,压电材料还可以通过外加电压来调控其催化性能。
因此,压电材料已被广泛应用于氧化还原反应、电催化和光催化等领域。
热电材料是一类具有热电效应的材料,其具有在温度梯度下产生电荷分离的特性。
研究表明,热电材料可以用作催化剂,提高催化反应的速率和选择性。
热电材料的催化性能主要归因于其特殊的热导率和电子结构。
例如,热电材料的热导率可以影响催化反应的热量传递和分子扩散,从而调控反应速率。
此外,热电材料的电子结构可以影响催化活性位点的结合能和反应中间体的稳定性,从而影响反应选择性。
因此,热电材料已被广泛应用于热催化和光催化等领域。
目前,铁电、压电和热电纳米材料在催化研究中的应用还处于起步阶段,但已经取得了一些重要的进展。
例如,一些研究发现,通过调控铁电、压电和热电纳米材料的晶格结构和表面性质,可以实现催化活性位点的精确定位和调控。
高分子压电材料及热电材料
热电材料性能表征与评价
热电优值
电导率测试
评价热电材料性能的重要指标,与材料的 电导率、热导率和塞贝克系数有关。
通过测量材料的电阻率或电导率来表征其 导电性能。
Hale Waihona Puke 热导率测试塞贝克系数测试
通过测量材料的热扩散系数、比热容和密 度来计算其热导率。
通过测量材料两端的温差和产生的电动势来 计算其塞贝克系数,表征材料的热电转换效 率。
高分子压电材料性能表征与评价
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压电常数
衡量高分子压电材料压电性能 的重要参数,包括压电应变常
数和压电电压常数。
介电性能
影响高分子压电材料的极化程 度和电荷存储能力,包括介电
常数和介电损耗。
机械性能
高分子压电材料的机械强度、 刚度和韧性等对其应用性能有
重要影响。
稳定性
高分子压电材料在长期使用过 程中需要保持稳定的压电性能
特点
具有柔韧性好、易于加工成型、 成本低廉、生物相容性好等优点 ,但压电性能相对较弱。
高分子压电材料制备技术
溶胶-凝胶法
通过溶胶-凝胶过程制备 高分子压电薄膜或复合
材料。
电纺丝法
利用电场力制备高分子 压电纤维或纳米线。
压电共混法
其他方法
将压电陶瓷颗粒与高分 子基体共混,制备高分
子压电复合材料。
包括化学气相沉积、物 理气相沉积、喷涂法等。
出了多种具有优良性能的材料,并在一些领域得到了应用。
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存在问题与挑战
然而,高分子压电材料和热电材料的研究仍面临一些问题和挑战,如性 能稳定性、耐温性、耐候性等方面的不足,以及制备工艺和成本等方面 的限制。
PTFE(聚四氟乙烯)的用途
PTFE独特的性能使其在化工、石油、纺织、食品、造纸、医学、电子和机械等工业和海洋作业领域都有着广泛的应用。
1、防腐蚀性能的应用由于橡胶、玻璃、金属合金等材料在耐腐蚀方面存在缺陷,难以满足条件苛刻的温度、压力和化学介质共存的环境,由此造成的损失相当惊人。
而PTFE材料以其卓越的耐腐蚀性能,业已成为石油、化工、纺织等行业的主要耐腐蚀材料。
其具体应用包括:输送腐蚀性气体的输送管、排气管、蒸汽管,轧钢机高压油管,飞机液压系统和冷压系统的高中低压管道,精馏塔、热交换器,釜、塔、槽的衬里,阀门等化工设备。
密封件的性能好坏对整个机器设备的效率与性能都有很大的影响。
PTFE材料具有的耐腐蚀、耐老化、低摩擦系数及不粘性、耐温范围广、弹性好的特性使其非常适合应用于制造耐腐蚀要求高,使用温度高于100℃的密封件。
如机器、热交换器、高压容器、大直径容器、阀门、泵的槽形法兰的密封件,玻璃反应锅、平面法兰、大直径法兰的密封件,轴、活塞杆、阀门杆、蜗轮泵、拉杆的密封件等等。
2、低摩擦性能在载荷方面的应用由于有的设备的摩擦部分不宜加油润滑,比如在润滑油脂会被溶剂溶解而失效的场合或者造纸、制药、食品、纺织等工业领域的产品需要避免润滑油沾污,这就使填充PTFE材料成为机械设备零件无油润滑(直接承受载荷)的最理想材料。
这是因为该材料的摩擦系数是已知固体材料中最低的。
其具体用途包括用于化工设备、造纸机械、农业机械的轴承,用作活塞环、机床导轨、导向环;在土木建筑工程广泛用作桥梁、隧道、钢结构屋架、大型化工管道、贮槽的支承滑块,以及用作桥梁支座和架桥转体等。
3、在电子电气方面的应用PTFE材料固有的低损耗与小介电常数使其可做成漆包线,以用于微型电机、热电偶、控制装置等;PTFE薄膜是制造电容器、无线电绝缘衬垫、绝缘电缆、马达及变压器的理想绝缘材料,也是航空航天等工业电子部件不可缺少的材料之一;利用氟塑料薄膜对氧气透过性大,而对水蒸汽的透过性小的这种选择透过性,可制造氧气传感器;利用氟塑料在高温、高压下发生极向电荷偏离现象的特性,可制造麦克风、扬声器、机器人上的零件等;利用其低折射率的特性,可制造光导纤维。
特高压电工新材料
特高压电工新材料主要包括以下几个方面:
1. 绝缘材料:特高压电工设备需要高电压、大容量的绝缘材料,如绝缘套管、绝缘子等。
这些材料需要具有良好的电气性能、耐热性能和耐老化性能。
常用的绝缘材料包括陶瓷、玻璃、聚合物等。
2. 导电材料:特高压电工设备需要高导电率的导电材料,如铜、铝等。
这些材料需要具有良好的导电性能、耐热性能和耐腐蚀性能。
3. 磁性材料:特高压电工设备需要高磁导率、低损耗的磁性材料,如硅钢片、软磁铁氧体等。
这些材料需要具有良好的磁性能、耐热性能和稳定性。
4. 热敏材料:特高压电工设备需要高灵敏度、快速响应的热敏材料,如热敏电阻、热电偶等。
这些材料需要具有良好的热敏性能、稳定性和可靠性。
5. 密封材料:特高压电工设备需要高密封性能的密封材料,如橡胶、硅胶等。
这些材料需要具有良好的密封性能、耐热性能和耐老化性能。
这些特高压电工新材料在电力传输、电机制造、变压器制造等领域具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的不断提高,这些材料的性能和品质也在不断得到提升和完善。
热电材料简介介绍
热电模块化
将多个热电单元组合在一起,形 成热电模块,提高热电转换效率
。
新型热电材料的研发
窄带隙半导体材料
利用窄带隙半导体材料的热电效应,研发新型热电材料。
纳米线、纳米管材料
利用纳米线、纳米管材料的高热导率和低热阻,提高热电材料的性 能。
复合材料
通过将两种或两种以上的材料复合在一起,形成新型热电材料。
优点
热电材料具有高效、环保、可再生等 优点,能够在室温和高温环境下工作 ,且具有较长的使用寿命。
缺点
热电材料的能量转换效率较低,目前 仍处于研究和发展阶段,尚未实现大 规模应用。此外,热电材料的成本较 高,限制了其在实际应用中的推广。
02
热电材料的应用领域
电力转换
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02
03
热电偶
利用两种不同材料之间的 温差来产生电压,进而转 换为电力。
传感器
热电偶传感器
利用热电偶测量温度,具有响应 速度快、测量范围广的优点。
热电阻传感器
利用材料的电阻随温度变化的特性 测量温度,具有精度高、稳定性好 的优点。
热电晶体传感器
利用晶体管输出电流与温度的关系 测量温度,具有灵敏度高、体积小 的优点。
太空探测器
火星探测器
利用热电材料产生的电力为火星 车提供能源,同时利用热电效应 实现温度控制。
在新能源领域的应用探索
热电发电
利用热电材料的温差发电效应,将热能转化为电 能。
热电制冷
利用热电材料的珀尔帖效应,实现制冷或空调。
新能源车辆
将热电材料应用于新能源车辆的热管理系统中, 提高车辆的性能和能效。
06
总结与展望
当前面临的主要问题
低热电转化效率
耐高温的氧化物陶瓷粉末
耐高温的氧化物陶瓷粉末
耐高温的氧化物陶瓷粉末是一种具有杰出性能的材料,它在高温环境下表现出极强的稳定性和耐久性。
这种陶瓷粉末可用于各种领域,如航空航天、能源、电子等,对于提高设备的工作效率和延长使用寿命起到了重要作用。
在航空航天领域,耐高温的氧化物陶瓷粉末被广泛应用于发动机和燃气涡轮等部件的制造中。
在高温和高压的环境下,这些陶瓷粉末能够保持其原有的强度和稳定性,不易受到外界环境的影响。
这使得航空发动机能够在极端的条件下工作,提高了飞机的性能和安全性。
在能源领域,耐高温的氧化物陶瓷粉末被用于制造高温燃料电池和热电材料。
这些陶瓷粉末能够耐受高温环境下的化学反应和电子传输,使得燃料电池和热电材料能够高效转换能源。
这对于解决能源短缺和减少环境污染具有重要意义。
在电子领域,耐高温的氧化物陶瓷粉末被用于制造电子元件和电路。
由于其优异的热稳定性和绝缘性能,这些陶瓷粉末能够保护电子元件免受高温环境的影响,提高了电子设备的可靠性和耐久性。
此外,这些陶瓷粉末还可以用于制造高功率电子器件,如功率电子模块和高压开关,为电力系统的稳定运行提供保障。
耐高温的氧化物陶瓷粉末在各个领域都发挥着重要作用。
它们的高
温稳定性和耐久性使得设备能够在极端条件下工作,提高了工作效率和延长了使用寿命。
随着科技的不断进步,耐高温的氧化物陶瓷粉末将继续发挥重要作用,并为人类创造更加美好的未来。
热电材料的发展趋势
热电材料的发展趋势
热电材料是一种可以将热能转化为电能或将电能转化为热能的材料。
它们在能源转换、热管理和温度测量等领域具有广泛的应用前景。
未来热电材料的发展趋势包括以下几个方面:
1. 提高热电材料的转换效率。
目前热电材料的转换效率仍然较低,未来的研究将集中在提高材料的热电性能和减少能量损耗,以提高转换效率。
2. 开发新型热电材料。
目前已经存在的热电材料种类有限,未来需要开发更多种类的热电材料,以满足不同应用场景的需求。
3. 提高热电材料的稳定性和可靠性。
热电材料在高温、高压和长时间使用的情况下容易退化,未来需要研究如何提高材料的稳定性和可靠性,以延长其使用寿命。
4. 加强热电材料与其他技术的融合。
未来将会出现更多将热电材料与其他技术相结合的应用,如太阳能热电联合发电系统、热电冷却系统等,这将为热电材料的应用带来更多的机会和挑战。
总之,热电材料的发展前景十分广阔,未来的研究将会集中在提高热电材料的转换效率、开发新型热电材料、提高热电材料的稳定性和可靠性以及加强与其他技
术的融合。
热电材料的研究与应用前景
热电材料的研究与应用前景随着社会的发展,人们对高效能源的需求越来越迫切,而热电材料的研究和应用成为了一个重要的方向。
热电材料能够把废热转换成电能,实现能量的自给自足,具有广阔的应用前景。
本文将从热电材料的基本原理、目前热电材料的研究现状以及未来的应用前景等方面展开探讨。
一、热电材料的基本原理热电材料是指能够实现热电转换的材料,主要包括热电发电和热电制冷两个方面。
热电发电是指将热能转换为电能,其基本原理为热释电效应和塞贝克效应。
热释电效应是指当一种材料受到温度变化时,它所产生的电压发生变化。
塞贝克效应是指当一种材料受到电压变化时,它所产生的温度发生变化。
通过这两种效应的组合,能够实现将废热转换为电能,从而实现能量的自给自足。
热电制冷是指将电能转换为冷能,其基本原理为逆塞贝克效应。
逆塞贝克效应是指当一种材料受到电压变化时,它所产生的温度也随之变化。
通过这种效应的作用,能够实现将电能转换为冷能,从而实现制冷效果。
二、目前热电材料的研究现状目前热电材料的研究主要集中在以下几个方面:1.新型热电材料的研究传统的热电材料效率较低,制约了其应用范围。
因此,人们正在研究新型热电材料,如石墨烯、碳纳米管等材料,这些材料具有良好的热导率和电导率,能够有效提高热电材料的能量转换效率。
2.优化热电材料结构热电材料的结构对其能量转换效率有着至关重要的影响。
因此,人们正在通过优化热电材料的结构,如晶体结构、化学组成等方面,提高其能量转换效率。
3.提高热电材料的稳定性热电材料在高温、高压等恶劣环境下的稳定性十分重要。
因此,人们正在研究如何提高热电材料的稳定性,使其能够在各种极端环境下稳定运行。
三、未来的应用前景随着社会的发展,热电材料的应用前景越来越广泛。
以下是热电材料未来的应用前景:1.能源领域热电材料可以将废热转换为电能,使得能源的利用效率得到提高,从而降低了能源的消耗。
在未来的能源领域中,热电材料将会发挥越来越重要的作用。
热电材料的研究现状与应用
热电材料的研究现状与应用热电材料是近年来备受关注的研究领域。
在传统的热电材料中,热电效应一般是指外加温差下材料内部发生的电子转移,以及这些电子转移所引起的电场及电流形成的效应。
这种效应的利用可以制造一些复杂的电子设备,如热电发电机、热电制冷机等。
由于热电技术具有无污染、稳定性高、不受天气环境限制、长寿命等特点,因此近年来热电材料的研究得到了越来越多的关注。
目前热电材料的主流研究方向大致分为两类:一、提高热电材料的能效和可靠性;二、寻找新的热电材料。
下面将对几种热电材料的研究现状和应用进行介绍。
一、硫化物热电材料硫化物热电材料是目前热电材料研究中一个重要的研究方向。
硫化物材料热电性能优异,具有高的热导率和热电效率,可以广泛应用于热电发电、热电制冷等领域。
硫化物热电材料被认为是理想的制冷材料,它能够达到与现有的制冷材料相当甚至更好的制冷效果。
据统计,硫化物热电材料的发电效率甚至可以达到45%以上。
二、铁基热电材料铁基热电材料是目前的一个热点研究领域。
铁基热电材料与传统硫化物热电材料相比,其性能更加稳定,有助于实现长期的热电发电和制冷。
铁基热电材料的基础研究相对较少,但目前已有一些鼓励的研究成果。
这些研究成果表明,铁基热电材料具有良好的热电性能,能够在应用于制冷时提供较高的制冷效率。
三、氧化物热电材料氧化物热电材料是近年来备受关注的热点领域。
氧化物热电材料具有具有较强的化学稳定性和热稳定性,这些性质为其应用于强磁场、高温、高压等特殊环境下的应用提供了坚实的基础。
氧化物热电材料在发电和制冷方面的应用也非常广泛。
目前,氧化物热电材料的基础研究和实际应用的研究都在不停地发展。
这表明氧化物热电材料将成为未来热电研究领域的一个重要方向。
总之,热电材料的研究与应用前景广阔。
虽然目前仍面临诸多难题,但科学家们致力于探索新的材料制备和工艺方法,以提高热电材料的能效和可靠性,从而实现更广泛的应用。
相信在不远的将来,热电材料将会在能源、环保、军事、医疗等领域得到越来越广泛的应用,为我们的生活和科技发展带来新的突破。
热电偶 高温高压
热电偶高温高压
摘要:
一、热电偶的定义和作用
二、高温高压环境对热电偶的要求
三、热电偶材料的选择
四、热电偶在高温高压环境中的应用
正文:
热电偶是一种用于测量温度的传感器,它基于热电效应原理,将温度变化转换为电压信号。
在高温高压的环境下,热电偶需要具备良好的耐热性、耐压性和抗氧化性,以保证准确稳定的测量结果。
一、热电偶的定义和作用
热电偶是由两种不同金属导线组成的一对电极,其连接点称为热电偶的工作端。
当工作端温度发生变化时,由于热电效应,会产生一定的电压信号,通过测量这个电压信号,可以推算出工作端的温度。
二、高温高压环境对热电偶的要求
在高温高压的环境下,热电偶需要具备以下性能:
1.良好的耐热性:在高温环境下,热电偶不应发生变形、软化或熔化。
2.耐压性:在高压环境下,热电偶应能承受一定的压力,防止外部压力导致导线断裂。
3.抗氧化性:在高温高压的环境下,热电偶不应受到氧化作用的影响,导致热电效应减弱。
三、热电偶材料的选择
在高温高压环境下,应根据实际应用场景选择合适的热电偶材料。
例如,在氧化性环境下,可选择抗氧化性能较好的镍基合金、钽等材料;在还原性环境下,可选择铁、铜等材料。
四、热电偶在高温高压环境中的应用
热电偶在高温高压环境中的应用广泛,如:
1.石油化工:用于测量裂解炉、加氢炉等设备内部的温度。
2.航空航天:用于测量发动机、涡轮等部件的温度。
3.核工业:用于测量反应堆、热交换器等设备的温度。
总之,热电偶作为一种测量温度的传感器,在高温高压环境下具有重要作用。
1000v高压热量值
1000v高压热量值高压热量值是指在1000伏特电压下产生的热量值。
在物理学中,热量是指由于温度差而产生的能量传递。
高压热量值是指通过电流传导产生的热量。
高压热量值的计算方法取决于所传导的电流和电阻。
当电流通过电阻时,会发生电阻加热现象,产生热量。
热量的计算公式为:Q = I^2 * R * t,其中Q是热量,I是电流,R是电阻,t 是时间。
当电压为1000伏特时,可以确定电流的大小,进而计算出热量的值。
高压热量的应用十分广泛。
例如,高压热量可用于加热设备和系统,如电暖器、电炉等。
在工业领域,高压热量也被用于加热工艺过程,如熔融金属、玻璃制造等。
此外,高压热量的测量和控制也是非常重要的。
为了确保系统的稳定性和安全性,需要测量和监控热量的值。
测量高压热量的方法包括热电偶、红外线测温仪等。
控制高压热量的方法包括调节电流、电阻等。
高压热量的大小还受到材料的热导率和热容量的影响。
热导率是指材料导热性能的指标,热容量是指单位质量材料升高单位温度所需的热量。
不同材料的热导率和热容量不同,因此相同电流通过不同材料的电阻时产生的高压热量值也会有所不同。
需要注意的是,高压热量的产生和传导过程中会产生一定的能量损失。
根据能量守恒定律,能量不能被创建或毁灭,只能从一种形式转化为另一种形式。
因此,在热量传导过程中,一定会有能量被转化为其他形式,如声能、光能等。
总结起来,高压热量值是指在1000伏特电压下通过电流传导产生的热量值。
它是通过电阻加热现象产生的,并受到电流、电阻、时间、材料的热导率和热容量等因素的影响。
高压热量的应用广泛,对于加热设备和工艺过程至关重要。
同时,测量和控制高压热量也是确保系统稳定性和安全性的重要工作。
inalas材料参数
inalas材料参数inalas材料是一种新型材料,具有许多独特的特性和优势。
在以下文章中,我将详细介绍inalas材料的参数,内容将围绕其成分、热电性能、机械性能以及光学性能展开。
我们来看一下inalas材料的成分。
inalas是一种砷与铟的化合物,化学式为InAs和InSb。
这种材料由于其特殊的晶体结构,具有许多独特的物理性质。
inalas材料的结构是由铟原子与砷原子或锑原子交替排列而成的,这种结构使得材料具有良好的电子结构和导电性能。
接下来,我们来了解一下inalas材料的热电性能。
inalas材料具有很强的热电性能,这是由于其晶格结构导致的。
这种晶格结构使得inalas材料具有高载流子迁移率和高载流子寿命,从而显著提高了材料的热电性能。
另外,inalas材料还具有较低的热导率,这也有助于提高其热电性能。
然后,我们来看一下inalas材料的机械性能。
inalas材料具有优良的机械性能,包括高硬度、高强度和良好的耐磨性。
这是由于其晶格结构的稳定性和原子间的紧密排列导致的。
inalas材料可以在极端环境下保持稳定的性能,比如高温和高压环境。
我们来了解一下inalas材料的光学性能。
inalas材料具有优异的光学性能,包括高透明度、良好的光吸收性能和较低的光学损耗。
这使inalas材料在光电器件中应用广泛,比如太阳能电池和光电探测器等。
此外,inalas材料还具有宽的光谱响应范围,可以用于制造宽波段的光学器件。
总结一下,inalas材料是一种具有独特特性和优势的新型材料。
其成分包括InAs和InSb,具有良好的热电性能、机械性能和光学性能。
inalas材料在电子、光电子和能源领域有着广泛的应用前景。
随着对新型材料需求的不断增加,inalas材料有望在未来发展中扮演重要角色。
2024年铈锆固溶体市场需求分析
铈锆固溶体市场需求分析引言铈锆固溶体是一种在高温、高压等极端条件下具有稳定性和可靠性的材料。
它具有优异的热导性、耐腐蚀性和机械性能,因此在许多领域有着广泛的应用。
本文将对铈锆固溶体市场的需求进行分析,以探究其市场前景和潜在机会。
市场现状目前,全球铈锆固溶体市场处于快速增长阶段。
铈锆固溶体的应用领域包括电子、航空航天、能源、环保等多个行业。
在电子行业,铈锆固溶体常用于制造电子元器件和半导体材料,以提高其性能和稳定性。
在航空航天领域,铈锆固溶体可用于制造发动机涡轮叶片、燃烧室和航空组件,以提高其耐高温和抗腐蚀能力。
在能源和环保领域,铈锆固溶体可用于制造高温热电材料和催化剂,以提高能源利用效率和环境保护水平。
市场驱动因素铈锆固溶体市场的增长受到多个因素的推动。
首先,现代工业对高性能材料的需求越来越高。
铈锆固溶体具有优异的物理和化学性质,能够满足高性能材料的要求,因此受到工业的青睐。
其次,环保意识的提高推动了绿色材料的需求增长。
铈锆固溶体作为一种环保材料,具有较低的环境影响和较高的可再生性,因此在环保领域有着广阔的应用前景。
此外,新能源产业的快速发展也促进了铈锆固溶体市场的增长,因为铈锆固溶体在太阳能电池和燃料电池等领域具有广泛的应用前景。
市场挑战和机遇尽管铈锆固溶体市场发展迅速,但仍面临一些挑战。
首先,铈和锆等原材料的供给可能会受到限制,这可能导致铈锆固溶体的成本上升。
其次,铈锆固溶体的生产过程对设备要求较高,这可能会增加企业的投资和运营成本。
此外,市场竞争激烈,铈锆固溶体生产商需要不断提高产品质量和创新能力,以保持竞争优势。
然而,铈锆固溶体市场也存在许多机遇。
首先,随着科技进步和工业升级,高性能材料的需求不断增长,铈锆固溶体作为一种具有广泛应用前景的材料,将受益于市场增长机会。
其次,能源和环保领域的发展也为铈锆固溶体带来机遇,因为其应用于高温热电和催化剂等领域具有巨大潜力。
此外,不断改进生产工艺和减少成本也有助于提高铈锆固溶体的竞争力。
高分子压电材料及热电材料
• 对于晶态聚合物,可将压电张量与热电张 量的分量记为。
• 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.
• 高分子驻极体的电荷不仅分布在表面,而 且还具有体积分布的特性。因此若在极化 前将薄膜拉伸,即可获得强压电性。
• 一般常用下述方法制备驻极体: • 热驻极体是由热活化电介质中的分子偶极子在电场 作用下极化经冷却冻结而制成的。对于高聚物,其 极化电场约为几十千伏每米,热活化温度要在玻璃 化温度以上。 • 电驻极体是在室温下通过强电场作用制成的驻极 体。 • 电晕驻极体是通过聚合物表面上方气隙放电作用 制成的驻极体. • 光驻极体是指聚合物在电场中经光照射作用而制 成的驻极体。 • 辐射驻极体是指聚合物在电场中经γ射线、X射线、 电子或离子束辐射而形成的驻极体。通常这类驻极 体相对于其它方法制成的驻极体具有不稳定性.
• PVDF的α及β晶相的结构示意图
(大圆图 代表氟原子,小圆图 代表碳原子, 未画出氢原子)
• 由于材料的压电常数与极化强度成比例关 系,因而随着单向位伸比的增加,α相向β 相的转化也增加,压电性也随之增大。
压电性的机制
• 多数人认为PVDF的压电性是晶区的固有特 性即体积极化度所引起,
高压k型热电偶
高压k型热电偶
高压K型热电偶是一种温度传感器,通常用于高压、高温、强腐蚀等苛刻环境下的温度测量。
这种热电偶的型号为K型,是一种标准的廉金属热电偶,具有线性度好、热电动势较大、灵敏度高、稳定性和均匀性较好、抗氧化性能强、价格便宜等优点。
高压K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。
感温元件是热电偶的核心部分,由两种不同的导体材料组成,根据温差产生电动势。
安装固定装置用于将热电偶固定在需要测温的位置,而接线盒则用于连接热电偶和测温仪表。
使用高压K型热电偶时,需要注意以下几点:
选用合适的热电偶规格和型号,并按照要求安装固定。
定期检查热电偶的完好性和线性度,如发现异常应及时更换或校准。
注意热电偶的工作环境,避免在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下使用。
在使用过程中,应保持热电偶的清洁,防止灰尘、污垢等杂质影响测量精度。
在储存和运输过程中,应避免热电偶受到剧烈的振动和冲击。
总之,高压K型热电偶是一种可靠的温度传感器,广泛应用于石油、化工、电力等领域的高温、高压、强腐蚀等苛刻环境下的温度测量。
在使用过程中,应严格按照要求操作,并注意维护和保养,以保证其测量精度和使用寿命。
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Journal of Alloys and Compounds460(2008)8–12Effects of high-pressure high-temperature treatment on thethermoelectric properties of PbTeMichael A.McGuire a,1,Abds-Sami Malik b,Francis J.DiSalvo c,∗a Department of Physics,Clark Hall,Cornell University,Ithaca,NY14853,USAb Diamond Innovations,Worthington,OH43085,USAc Department of Chemistry and Chemical Biology,Baker Laboratory,Cornell University,Ithaca,NY14853,USAReceived21January2007;accepted22May2007Available online25May2007AbstractChanges in the thermoelectric properties of nominally undoped stoichiometric PbTe caused by high-pressure high-temperature(HPHT)treatment near6.5GPa and900◦C are parison of the electrical resistivity,thermopower,and thermal conductivity suggest that the carrier concentration and lattice defect density are decreased by HPHT treatment.Annealing the treated samples at intermediate temperatures(500–600◦C) reversed the changes.These observations are consistent with Pb vacancies being“squeezed out”by the applied pressure,and subsequently reintroduced by annealing.©2007Elsevier B.V.All rights reserved.Keywords:Semiconductors;Point defects;Electrical transport;Heat conduction1.IntroductionGood thermoelectric(TE)performance requires a specific combination of transport properties[1].In particular,the effi-ciency of a material for TE conversion increases monotonically with the parameter Z=S2/ρκ,where S is the Seebeck coefficient or thermopower,ρthe electrical resistivity,andκis the thermal conductivity.Often Z is quoted as the dimensionless product ZT,where T is the absolute temperature,and ZT values near1 are typical for good TE materials near their optimal operating temperature[2].Lead Telluride(PbTe),which adopts the rock salt crystal structure,is a good TE material when optimally doped with ZT values close to1near400◦C.Although this material has been extensively studied for many years,researchers are still working toward improving the TE performance of PbTe.Recent reviews of the TE properties of PbTe[3]and its use in TE power generation devices[4]have been published.As with other TE materials,considerable work has been devoted to ∗Corresponding author.Tel.:+16072557238;fax:+16072554137.E-mail address:fjd3@(F.J.DiSalvo).1Present address:Department of Chemistry,Frick Laboratory,Princeton Uni-versity,Princeton,NJ08644,USA.understanding the effects of synthetic techniques and materials processing on the properties of PbTe,including single crystals [5],thin-films[6],andfine grained materials[7].Since many TE devices are made from sintered polycrystalline materials, the effects of the hot-pressing process are of particular rele-vance.Recently,large improvements in the TE properties of PbTe synthesized under high-pressure high-temperature(HPHT)con-ditions have been reported[8].In contrast to hot-pressing,in which powdered PbTe is sintered under applied pressure at ele-vated temperatures(but below the melting point of PbTe which is near910◦C),the researchers loaded Pb and Te powders into a pressure cell and reacted them to form PbTe under pressure at high temperature.The reported result is a significant improve-ment in ZT at room temperature and pressure,which changed from about0.04for a cast sample to0.87for a sample made at the highest pressure(5.2GPa).Here we report the effects of post-synthetic HPHT treatment on the TE properties of nominally undoped,stoichiometric PbTe. Significant changes in the measured properties are observed after HPHT treatment,which can be partially reversed by annealing the HPHT treated samples.We propose that the observed effects are related to vacancies in the PbTe struc-ture,which may prove to be important in controlling the carrier0925-8388/$–see front matter©2007Elsevier B.V.All rights reserved. doi:10.1016/j.jallcom.2007.05.072M.A.McGuire et al./Journal of Alloys and Compounds460(2008)8–129concentration in doped PbTe TE materials prepared by hot-pressing.2.Experimental detailsInside an argonfilled glove box,pieces were broken away from a high purity Te ingot(99.9999%,Johnson Matthey)and cut from a high purity Pb rod (99.999%,ASARCO),and loaded into silica tubes in a1:1molar ratio(total sample mass of10g per tube).A conservative estimate of the uncertainty in the loaded compositions,assuming an error of±0.5mg in weighing the starting materials,is about±0.01%.After removal from the glove box the tubes were quickly attached to a vacuum line for sealing,minimizing exposure of the reac-tants to air.The sealed tubes were then heated in an electrical box furnace.The best PbTe ingots,which included the fewest and smallest voids,were made by heating at930◦C for1h and then cooling to850◦C over6h.Powder X-ray diffraction and electron microprobe analysis showed the product to be single phase PbTe.A rectangular parallelepiped sample was cut from the ingot using a dia-mond wire saw,and subsequently used for TE property measurements.HPHT treatment of a coarse powder of this same material was performed at Diamond Innovations using a hydraulic press at∼6.5GPa and∼900◦C.Powder X-ray diffraction under ambient conditions after HPHT treatment confirmed that the sample was still single phase with the NaCl structure type.The sample was cut into several rectangular bars using wire electrical discharge machining(EDM) at Diamond Innovations.The surfaces of the bars were cleaned with SiC paper prior to characterization.Inspection of polished surfaces of the samples by elec-tron microprobe in composition mode showed no significant difference between the cast sample and the HPHT treated material(Fig.1).Annealing of the HPHT treated samples was carried out in evacuated,sealed silica tubes in an electrical box furnace.Before annealing,the surfaces of the pellets were cleaned with a file and SiC paper and rinsed with hexanes to remove any contamination from the application of the electrical and thermal contacts.Preliminary attempts to synthesize PbTe from Pb and Te powders under HPHT conditions following Zhu et al.[8]were not position maps and wavelength dispersive electron microprobe analysis showed the prod-ucts of these reactions to be multiphase,made up of a PbTe matrix incorporating Te rich regions near the composition“PbTe3”and Pb rich regions containing Pb,Te and O(Fig.1).This is likely due to the presence of an oxide layer on the surface of thefine Pb powder starting material.Measurements of TE properties were performed over the temperature range of100–300K using the home built apparatus described elsewhere[9].Copper was plated onto the ends of the samples so that good thermal and electrical contacts could be made using indium metal for the measurement of thermal conductivityκ,thermopower S,and electrical resistivityρ.The voltage contacts for the resistivity measurements were made usingfine gauge copper wire and silver paste(Dupont Conductor Composition4922N).Based on measurements of reference materials with similar values of S andκ,and on errors associated with geometrical measurements,conservative estimates of the uncertainties on these measurements are given as±3%for S,±5%forρ,and±15%forκ. 3.Results and discussionThe TE properties of two bars cut from the HPHT treated material are shown in Fig.2,along with the data from the cast sample before HPHT treatment for comparison.We willfirst address the properties of the cast sample,and then discuss the effects of the HPHT treatment.The positive values of S and the low values ofρwhich increase with temperature indicate that the cast material may be best described as a heavily p-doped semiconductor.Stoichio-metric PbTe is a small band gap semiconductor and is expected to be n-type since the mobility of electrons in the Pb-based conduc-tion band is greater than that of holes in the Te-based valence band.The observed p-type behavior of the cast samplemay Fig.1.Electron microprobe(JEOL8900,15kV,20nA)composition maps for conventionally synthesized PbTe before(a)and after(b)HPHT treatment,and for HPHT synthesized PbTe(c).The light grey regions in all three maps are PbTe. The medium grey regions in(c)are Te rich with compositions near“PbTe3”. The dark grey regions in(c)contain Pb,Te,and O.indicate the presence of Pb vacancies.The congruently melt-ing composition in the Pb–Te phase diagram has been reported as PbTe1.003[5],equivalent to about5×1019Pb vacancies per cubic centimeter.If each Pb vacancy acts as a p-type dopant, degenerate behavior is expected,as observed in the cast sample.10M.A.McGuire et al./Journal of Alloys and Compounds460(2008)8–12Fig.2.The measured electrical resistivityρ,thermopower S,and thermal con-ductivityκof conventionally synthesized PbTe and two samples of the same material after HPHT treatment.Also shown is ZT=S2T/ρκcalculated from the measured data.Fig.2shows that HPHT processing had little effect on themeasured thermal conductivity,but dramatically changed S and ρ.The resistivity increased by over two orders of magnitude, and the temperature dependence changed to display more of anactivated type of behavior.HPHT treatment changed the sign ofthe thermopower,indicating that the conduction is dominatedby electrons in the HPHT processed sample.Due to the largeincrease in resistivity,ZT of the HPHT treated material is signif-icantly diminished,from about0.2for the cast sample to about0.005for the HPHT treated sample at300K.In situ measurements of Pb chalcogenides under pressures up to∼10GPa have revealed changes inρand S of similar magnitude to those shown in Fig.2[10,11].In those investi-gations,samples were subjected to pressure,without heating, and it was found that the changes were reversible upon release of pressure.The observed changes inρand S with increas-ing pressure were attributed to a narrowing of the band gap and subsequent metallization,followed by a structural phase transition near6GPa.At this pressure the cubic lattice of PbTe distorts to orthorhombic symmetry.Much of the earlier literature ascribes the GeS structure-type to this phase;how-ever,recent synchrotron powder diffraction experiments have shown that it is a different orthorhombic modification[12].It is proposed that this structural phase transition is electronically driven,resulting in the opening of a band gap and a transi-tion back into a semiconducting state with a high thermopower [10,11].We believe that the changes we observe after HPHT treatment(Fig.2)arise from a fundamentally different mecha-nism than those observed at high pressure in previous investi-gations.The n-type conduction,larger thermopower,higher resistiv-ity,and activated behavior of the material after HPHT treatment suggest that these samples are closer to intrinsic PbTe than the cast material(Fig.2).We propose that this may be attributed to the“squeezing out”of Pb vacancies from the cast material.To test this hypothesis,a HPHT treated sample was annealed for 12h at500◦C,and then again for12h at600◦C.The TE proper-ties of the sample were measured after each anneal.It is expected that annealing should allow vacancies to diffuse back into the bulk.The samples were not visibly changed by the annealing processes.No sign of grain growth was seen on the sample sur-faces,and no vapor transported material was observed in the silica tube.The results of the properties measurements after annealing are shown in Fig.3.Annealing the samples is seen to have decreased the resistivity to values and behavior intermediate between the cast material and HPHT treated samples.After annealing,the thermopower was again positive,but greater than that in the cast sample.These observations indicate that the density of p-type dopants increased during annealing,but not up to the level present in the cast sample.This is consis-tent with Pb vacancies beginning to diffuse back into the bulk of the material from the sample surface or the grain bounda-ries.The thermal conductivity of the annealed samples is lower than that of the cast sample and the HPHT treated samples (Fig.3).It is important to note that the measured values shown in Fig.3are the total thermal conductivities,which include contributions from the lattice as well as the electronic charge carriers.To understand the behavior of the thermal con-ductivity in this series of measurements,it is instructive to consider separately the lattice thermal conductivityκL,by sub-tracting the electronic contributionκe,which is related to the electrical resistivity by the Wiedemann–Franz lawκe=L0T/ρ, L0=2.45×10−8W /K2[13].The results are shown in Fig.4. HPHT treatment clearly increased the lattice thermal conductiv-ity.This is consistent with phonon scattering defects(vacancies)M.A.McGuire et al./Journal of Alloys and Compounds460(2008)8–1211Fig.3.The measured electrical resistivityρ,thermopower S,and thermal con-ductivityκafter annealing of HPHT treated,conventionally synthesized PbTe. Also shown is ZT=S2T/ρκcalculated from the measured data.being removed by HPHT processing.Fig.3also shows that annealing the HPHT treated samples decreased the lattice ther-mal conductivity,consistent with vacancies diffusing back into the material.A decrease in lattice thermal conductivity is expected in hot-pressedfinegrained materials due to enhanced grain boundary scattering of heat carrying phonons and has been observed exper-imentally[14–16].This phenomenon does not seem to play a significant role in the behavior of the thermal conductivity in the present study.This is consistent with SEM observations,which Fig. 4.The lattice thermal conductivity of PbTe samples as cast,after HPHT treatment,and after subsequent annealing.The electronic contribu-tion was subtracted from the measured total thermal conductivity using the Wiedemann–Franz law[13].did not show afine grained sintered compact,but rather a smooth appearance with no obvious grain structure.It is not surprising that the high pressures(6.5GPa)and high temperatures(900◦C, near the melting point of PbTe)used here did not produce the fine grained structure observed in many hot-pressed refractory materials.Longer annealing times were also briefly explored.After5 days at500◦C small PbTe crystals(approximately0.5mm)had formed on the surface of the pellet and on the tube walls.This likely indicates the presence of some impurities in the sample or tube which acted as vapor transport agents for the crystals. After the5-day anneal,this sample had a negative thermopower and low resistivity(close to that of the cast sample).This is not consistent with the explanation given above for the effects of the shorter anneals,and suggests an increase in the concentra-tion of some n-type dopant species.This is likely due to some unidentified impurity unintentionally introduced into the sample or tube,or to a change in composition of the bulk sample due to the transport of material away from the pellet.Further work is required to understand how these small crystals are transported and how they grow.4.ConclusionsHigh-pressure high-temperature tuning of the TE proper-ties of conventionally synthesized,nominally undoped PbTe was demonstrated.The effects of HPHT processing presented above are satisfactorily explained by the removal of lattice defects,which act like p-type dopants(possibly Pb vacancies) by HPHT treatment,and their reintroduction through annealing. This may prove to be a technologically important observation, since PbTe TE materials are sometimes prepared by hot-pressing,and since it is expected that vacancy concentration may influence the effectiveness of intentionally introduced dopants. These results suggest that further work should be carried out to examine the use of pressure to control the defect density, and therefore the carrier concentration,in optimally doped PbTe.12M.A.McGuire et al./Journal of Alloys and Compounds460(2008)8–12AcknowledgementsThis work was funded by Cornell University.We thank John W.Lucek at Diamond Innovations for helpful discussions regarding the HPHT work,and John Hunt for assistance with the electron microprobe facility,which is part of the Cornell Center for Materials Research(MRSEC Grant DMR-0520404). 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