低温综合物性测量系统-热电材料

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Sb2Te3基热电材料简介--李特

Sb2Te3基热电材料简介学院：理学院专业：光信息科学与技术姓名：李特学号： 0836005前言材料的热电效应(又称温差电效应)，是电能与热能之间的相互耦合转换，从发现热电现象至今己有近200年的历史，然而真正将这一现象发展为有实用意义的能量转换技术与装置则是在20世纪50年代。

热电材料(又称温差电材料)是将热能和电能进行转换的功能材料，在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域都有极为广阔的应用前景。

利用热电材料制成热电器件能够实现“热．电”的直接转换。

热电器件具有很多独特的优点，如结构紧凑、没有运动部件、工作无噪声、无污染、安全不失效等，在少数尖端科技领域己经获得了成功的应用。

近年来，随着计算机技术、航天技术、微电子技术、超导技术的发展，能源与环境危机的加剧，迫切需要小型、静态且能固定安装的寿命长的制冷装置和温差发电装置。

与此同时，热电理论的发展和对热电材料实际应用研究的不断深入，热电学研究显示出了更为广泛的应用前景和发展潜力。

热电转换技术是利用半导体材料的Seebeck效应将热能转换成电能的一种新的能源转换和发电技术。

因此，热电转换技术作为一种新型的、环境友好型能源转换技术，由于其可望广泛应用于大量而分散存在的低密度热能(如太阳热、垃圾燃烧余热、工厂排热、以及汽车尾气排热等)的热电发电，而引起世界各国特别是发达国家的高度重视。

一、热电学的基本理论热电效应是由温差引起的电效应和电流引起的可逆热效应的总称。

包括Seekbeck效应、Peltier效应和Thomson效应。

1823年，Thomas Seebeck首次发现了金属的热电效应，也称作Seebeck效应，从而开始了人类对热电材料的研究和应用。

1.1 Seebeck效应早在1821年，德国科学家Seebeck发现在锑和铜两种材料组成的回路中，当两个接点处于不同温度时，回路中便有电流流过。

产生这种电流的电动势称为温差电动势，这种现象称为赛贝克效应(Seebeckeffect)，简单的讲就是通过材料的Seebeck效应将热能直接转变为电能。

热电材料的性能测试和优化研究

热电材料的性能测试和优化研究1.引言热电材料是一种可以将热能转化为电能或者反过来，将电能转化为热能的功能性材料。

热电材料在能源转化领域具有重要的应用价值，如热电器件、太阳能电池等。

热电材料的性能测试和优化是其应用的关键研究内容，在本篇文章中，我们将详细介绍热电材料的性能测试和优化研究。

2. 热电材料的性能测试热电材料的性能测试主要包括电学性能测试和热学性能测试两个方面。

2.1 电学性能测试电学性能测试是指对热电材料的电学特性进行测试。

电学特性主要包括电导率、霍尔系数和电阻率等。

电导率是指材料单位长度内导电的能力，通常用电导率的倒数——电阻率来表示。

电阻率的测量方法包括四探针法和两探针法。

霍尔系数是材料在磁场作用下电子输运的参量之一，可以用来计算载流子浓度和类型。

测量霍尔系数的方法有DC霍尔效应、AC霍尔效应和旋转霍尔效应等。

2.2 热学性能测试热学性能测试是指对热电材料的热学性质进行测试。

热学性质主要包括热导率、Seebeck系数和功率因子等。

热导率指热量通过单位时间内材料单位截面积的能力，通常用热阻值的倒数——热导率来表示，热导率的测量方法有热板法、热线法和热流法等。

Seebeck系数是指热电材料在温度梯度作用下产生电势差的比例系数。

测量Seebeck系数的方法有热电流法、恒温法和温差法等。

功率因子是以Seebeck系数为基础定义的综合参数，用来描述热电材料的电热转换效率，通常用来评价热电材料的性能。

3. 热电材料的性能优化在热电材料的应用过程中，热导率、Seebeck系数和功率因子是最重要的性能参数，因此，优化这些性能参数成为热电材料性能优化的重要研究方向。

3.1 热导率优化热电材料的热导率过高会导致热能的快速损失，从而降低了热电能的转化效率。

因此，热导率的降低是热电材料的性能优化的关键目标之一。

目前热导率的优化方法主要包括增加界面的散热面积、杂质散射、纳米结构优化等。

3.2 Seebeck系数优化Seebeck系数是衡量热电材料电转换效率的重要参数，其优化方法主要包括化学合成方法和调制电子结构等方法。

《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》范文

《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着环保能源需求日益增加，热电材料因其在热能与电能之间的直接转换而成为近年来的研究热点。

SnTe-In2Te3体系热电材料因其高效率、低成本的特性，在热电材料领域中备受关注。

本文旨在研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法以及其性能分析，以期推动其在实际应用中的进一步发展。

二、实验部分1. 材料制备SnTe-In2Te3体系热电材料的制备采用传统的固相反应法。

首先，将高纯度的SnTe和In2Te3粉末按照一定比例混合，然后在高温下进行长时间的烧结反应，得到所需的SnTe-In2Te3复合材料。

2. 性能测试通过X射线衍射（XRD）技术对材料的结构进行表征，使用扫描电子显微镜（SEM）观察材料的微观形貌，并利用热电性能测试仪对材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能进行测试。

三、结果与讨论1. 结构分析通过XRD分析发现，制备的SnTe-In2Te3复合材料具有典型的晶体结构，与预期的相符合。

同时，SEM图像显示材料具有均匀的微观形貌，无明显缺陷。

2. 性能分析（1）电导率：随着In2Te3含量的增加，材料的电导率呈现先增后减的趋势，在某一比例下达到最大值。

这主要是由于In2Te3的引入改善了材料的电子传输性能。

（2）塞贝克系数：SnTe-In2Te3复合材料的塞贝克系数随温度的升高而增大，表明其具有较好的热电效应。

此外，In2Te3的加入可以进一步提高材料的塞贝克系数。

（3）热导率：材料的热导率受多种因素影响，包括晶格热导率和电子热导率等。

通过调整In2Te3的含量，可以优化材料的热导率，从而提高其热电性能。

四、结论本文研究了SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法及性能分析。

通过固相反应法成功制备了具有典型晶体结构和均匀微观形貌的复合材料。

实验结果表明，适当调整In2Te3的含量可以优化材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能，从而提高其热电性能。

热电、光电材料综述

温差电动势的大小与两种金属材料的性质有关，也与温度差T1－T2的大小有关。在通常情况下，温差电动势只有1－10 毫伏数量级，如果把多个温差电偶按照相同顺序串接成温差电堆（右侧示意温差电堆的示意图图），温差电动势会大大增加。
热电偶（thermocouple ）是温度测量仪表中常用的测温元件,是由两种不同成分的导体两端接合成回路时，当两接合点热电偶温度不同时，就会在回路内产生热电流。
第三章热电材料(Thermoelectric material)就是把热转变为电的材料，包括温差电动势材料，热电导材料和热释放材料。 1 温差电动势材料 • 温差电动势效应由两种不同的导体(或半塞贝克效应 (Seebeck effect) 导体)A, B组成的闭合回路，当两接点保持在不同温度 T1, T2时，回路中将有电流产生。此回路称热电回路。回路中出现的电流称为热电流。回路中出现的电动势ΔEAB称为塞贝克电塞贝克(T.J. Seebeck) 动势。的实验,1821年
• 晶体中存在热释电效应的前提是具有自发极化，晶体结构的某些方向的正负电荷重心不重合，故存在固有电矩。 • 晶体结构中存在着与其它极轴不相同的惟一极轴(极化轴)时，这样才有可能因热膨胀而引起总电矩的变化，即出现热释电效应。 • 如果在晶体两端连接一负载Rn，则会产生电位差Δ V（热释电）。
碱金属，Co, Ni, Fe等负汤姆逊热效应 Negative Thomson effect
汤姆逊热效应
在热电同路中流过电流时，在存在温度梯度dT/ dx的导体上也将出现可逆的热效应，是放热还是吸热，依温度梯度和电流的方向而定热效应的大小ΔQT, (μ称为汤姆逊系数)
汤姆逊又将两种温差电热效应的系数与温差热电效应的塞贝克系数联系起来得到汤姆逊关系式

PPMS测试系统原理介绍-已发布论坛

材料综合物性综合测量系统（PPMS）原理及应用王立锦编北京科技大学材料学院实验测试中心2007年6月材料综合物性综合测量系统（PPMS）原理及应用美国Quantum Design 公司的产品PPMS( Physics Property Measurement System) 是在低温和强磁场的背景下测量材料的直流磁化强度和交流磁化率、直流电阻、交流输运性质、比热和热传导、扭矩磁化率等综合测量系统。

北京科技大学材料学院与美国Quantum Design 公司在北京科技大学材料学院实验中心联合成立了PPMS材料综合物性测量研究实验室，安装了PPMS-9综合物性测量系统、HH-15振动样品磁强计、材料磁电阻效应、霍尔效应及磁致伸缩效应测量仪等仪器，现已全面对学生教学和科研测试开放。

一、实验目的1、了解PPMS-9综合物性测量系统的结构、组成、测量原理及应用范围；2、熟悉PPMS-9仪器开关机步骤及更换样品、测量附件的方法；3、熟悉PPMS-9仪器软件控制程序及参数设置方法；二、PPMS仪器测量原理和方法PPMS是Quantum Design 公司在成功推出MPMS1之后，于20 世纪90 年代中期推出的又一款产品。

一个完整的PPMS 系统也是由一个基系统和各种选件两个部分构成，根据内部集成的超导磁体的大小基系统分为7 特斯拉、9 特斯拉、14 特斯拉和16 特斯拉系统。

但与MPMS 专注于磁测量不同，PPMS 在基系统搭建的温度和磁场平台上，利用各种选件进行磁测量、电输运测量、热学参数测量和热电输运测量。

基系统主要包括软件操作系统，温控系统，磁场控制系统，样品操作系统和气体控制系统。

下面结合各种选件对PPMS 的测量原理和方法加以说明。

1.交直流磁化率选件该选件是研究各种材料在低温下磁行为的主要设备之一，包括探杆、样品杆、伺服电机、电子控制部分、精密电源和软件部分(集成于系统软件) 。

可以在同一程序中对一个样品先后进行交流磁化率和直流磁化强度的测量而不需要对样品进行任何调。

PPMS测试系统原理及介绍---已发布论坛

但与MPMS 专注于磁测量不同，PPMS 在基系统搭建的温度和磁场平台上，利用各种选件进行磁测量、电输运测量、热学参数测量和热电输运测量。

基系统主要包括软件操作系统，温控系统，磁场控制系统，样品操作系统和气体控制系统。

下面结合各种选件对PPMS 的测量原理和方法加以说明。

可以在同一程序中对一个样品先后进行交流磁化率和直流磁化强度的测量而不需要对样品进行任何调。

低温热电材料在能源转换中的应用

低温热电材料在能源转换中的应用随着全球化进程的推进和能源需求的增长，寻找高效、可持续的能源转换方式成为全球研究的热点。

低温热电材料由于其在能源转换中的独特性能，受到了广泛的关注。

在本文中，我们将重点探讨低温热电材料在能源转换中的应用。

热电效应是指材料在温度梯度下产生电压和电流的现象。

低温热电材料通过利用温度差异来产生电能，将废热、低温热能转化为有用能源。

这种能量转换方式具有环保、高效、可靠等优点，可以广泛应用于工业生产、家庭用电等领域。

目前，低温热电材料主要以无机材料、有机材料和有机-无机复合材料为主。

无机材料中的铋基化合物、锑基化合物、硫化物等具有良好的热电性能，如高的热电效率和较低的导热系数。

有机材料中的聚合物、有机小分子化合物等具有较高的柔韧性和可塑性，适合在微型热电发电器件中应用。

有机-无机复合材料则结合了无机材料和有机材料的优点，具有更好的热电性能和工艺可控性。

低温热电材料在能源转换中的应用主要体现在以下几个方面。

首先，低温热电材料可以用于废热回收。

在工业生产和能源利用过程中，大量的废热被浪费掉。

而低温热电技术可以将这些废热转化为电能，提高能源利用效率。

例如，在石化、钢铁、锅炉等行业中，通过在烟气管道中安装低温热电材料装置，可以将废热转化为电能供应给生产设备或者回馈到电网。

其次，低温热电材料可以应用于家庭能源利用。

在家居环境中，产生的一些低温热能可以通过热电装置转化为电能，用于供电、供热、照明等方面。

例如，将低温热电模块应用于太阳能热水器中，可以将太阳能转化为电能，提供给家庭的热水器和其他电器设备使用。

这种方式既可以提高太阳能的利用效率，又能减少家庭对传统能源的依赖。

另外，低温热电材料还可以应用于移动能源领域。

在现代社会，随着物质生活水平的提高和移动设备的广泛应用，对电能的需求也在不断增加。

而传统的电池能源往往存在能量密度低、使用寿命有限等问题。

低温热电材料可以解决这些问题，通过轻量化、柔性化的设计，将热能转化为电能，为移动设备提供持续的电力支持。

热电材料的设计和性能研究

热电材料的设计和性能研究热电材料，是指具有热电效应的材料，它们能将热能转换为电能或将电能转换为热能。

研究热电材料的性质和应用，是材料科学领域中的热点之一。

热电材料的设计和性能研究，涉及到材料的结构、晶体结构、电学性质、热学性质等多个方面。

一、热电材料的应用热电材料的应用，在能源转换、传感器、制冷和热电发电等领域中有着广泛的应用。

在能源转换方面，热电材料可以用于直接转换废弃热能为电能，从而提高能源的利用效率。

在制冷方面，热电材料可以制成固态制冷器，不像传统的制冷设备需要使用氟利昂等危险的化学物质。

在传感器方面，热电材料的应用可以提高传感器的响应速度和准确度。

在热电发电方面，热电材料可以应用于地热、太阳能、化学反应等多个能量来源，将其转化为电能供应给人们的生活。

二、热电材料的设计思路热电材料设计的关键是提高热电性能。

热电性能由热电功率因数和电阻率决定。

热电功率因数越高，说明该材料转换热能为电能的功效越好；电阻率越低，说明该材料的电流输送能力越强。

因此，提高热电性能的设计思路，主要涉及到如下几个方面：1、设计新型的材料结构通过对热电材料结构的优化设计，可以提高热电性能。

例如，研究表面纳米结构化的材料，可以提高热电功率因数的值。

2、材料的组成设计通过对材料的组成设计，可以改变材料的电学性质和热学性质。

例如，通过添加掺杂元素，可以调节材料的电荷载流子浓度，从而提高电子和空穴的浓度均衡度；又例如，通过添加合适的杂质，可以减少热电材料的热导率，从而提高热电性能。

3、利用纳米材料的优势纳米材料具有较大的比表面积、短电子传输距离和失活载流子的数量偏少等特点，这对于传热和传电来说具有很大的优势。

通过纳米材料的设计，可以提高材料的热电力学性质和机械性能。

三、热电材料的性能研究热电材料性能研究的主要内容，包括热电功率因数、电阻率和热导率的测量和计算。

其中热电功率因数和电阻率是反映材料热电性能的两个最主要的物理量。

1、热电功率因数的测量热电功率因数是衡量材料直接转化热能为电能效果的一个物理量。

(材料)综合物性测量系统

中国科学院物理研究所磁学实验室
5
PPMS-9
哈尔滨工业大学凝聚态科技中心
13
PPMS-14
中国科学院物理研究所极端条件实验室#1
6
天津大学物理系分析测试中 PPMS-9 心
中国科学院物理研究所超导 14 PPMS-9 实验室#1
7
PPMS-9 中国科学院固体物理研究所
中国科学院上海硅酸盐研究 15 PPMS-9 所
PPMS的基系统
软件系统
控制台真空泵
PPMS Probe
各种PPMS 选件
ACMS 传动装置杜瓦—低温强磁场测量环境
PPMS Probe (样品室剖面图）
真空层冷却环层样品操作杆样品托(多种) 密封样品腔带12针脚的底部插座
各种PPMS 选件
ACMS 传动装置
样品托 Puck
● 与MPMS 专注于磁测量不同，PPMS 在基系统搭建的温度和磁场平台上，利用各种选件进行磁测量、电输运测量、热学参数测量和热电输运测量。
● PPMS集热、电、磁、光等多种物性测量能力于一身，在保证测量精度的同时，极大地减少了设计实验的繁琐、节省了成本，是现代测量仪器的一次革命。
● 独特的软硬件设计使得实验过程高度自动化，最大程度减少人为干扰因素，全自动测量、分析、处理高精度的实验数据；实验数据可靠，重复性好。
交大的PPMS配有以下选件：
1、振动样品磁强计（VSM）
2、AC磁化率和DC磁化强度（ACMS）
3、VSM专用超低磁场选件（用于退磁获得0.1 高斯低场）
4、DC Resistivity
5、AC 电输运测量（ACT)
6、样品水平旋转杆（测量电输运和磁性质的各向异性

热电材料中热电性能的测量与分析

热电材料中热电性能的测量与分析热电材料是一种特殊的材料，它可以将热能转化为电能或将电能转化为热能，这种材料之所以叫做热电材料，就是因为它的这种特殊的功能。

由于热电材料有着广泛的应用场景，比如用于能量回收、温差传感器和制冷设备等领域，所以研究热电材料的热电性能测量和分析变得非常重要。

一、热电材料的热电性能热电材料的热电性能是指热电效应的参数，包括Seebeck系数、电阻率和热导率等。

其中，Seebeck系数是指在热电材料中存在的温度梯度时，材料内部的电场强度和温度梯度之间的比值，这个系数越大，则材料的热电性能越好。

电阻率是指单位长度内电阻的大小，也就是电流通过材料时所遇到的电阻阻力，材料的电阻率越小，则材料的热电性能越好。

热导率是指单位时间内单位面积上的热流量与温度差之比，同样，这个参数越小，则材料的热电性能越好。

二、热电性能测量方法在研究热电材料的热电性能时，我们需要采用一些测量方法来对热电参数进行测量和分析。

常用的热电性能测量方法包括热电势法、电学法、热学法和热电阻法。

1. 热电势法热电势法是一种通过测量热电效应产生的热电势来得到热电参数的方法。

通过将测试样品的两个表面暴露在两个不同温度的热源上，就可以在样品中产生热电势，然后通过测量这个热电势来计算Seebeck系数。

虽然热电势法简单易行，但在实际应用中可能会受到外部环境的影响，因此精度有限。

2. 电学法电学法是一种通过测量热电材料的电阻率来得到热电参数的方法。

在测试过程中，通过施加已知大小的直流电流，就可以测量出样品内部的电阻，从而求出电阻率和Seebeck系数。

电学法的优点是测量精度高，但缺点是对测试条件的要求较高。

3. 热学法热学法是一种通过测量样品温度变化来得到热电参数的方法。

热学法通常分为两种，即差热法和扫描照相法。

差热法通过测量样品两端之间的温差来计算热电参数，而扫描照相法则通过热成像技术来获取样品的温度分布情况，然后计算出Seebeck系数。

《低温物性及测量：一个实验技术人员的理解和经验总结》笔记

《低温物性及测量：一个实验技术人员的理解和经验总结》阅读记录1. 低温物性及测量概述低温物理与测量技术在科学研究和工业应用中扮演着至关重要的角色，尤其在材料科学、工程、化学、物理等领域。

随着科技的进步，对低温条件下物质性质的研究越来越受到重视。

了解低温下的物性，如热力学性质、电磁特性等，对于探索新材料、优化产品设计以及改进生产工艺具有重要意义。

低温物性研究包括对物质在极低温度下的相变、热力学行为、动力学过程等的观测和分析。

这些研究有助于我们深入了解物质的微观结构、相变机制以及在不同温度下的行为。

而测量技术则是实现这些研究目标的关键手段，它包括各种精密的仪器和方法，如电阻率测量、热膨胀系数测量、磁化率测量等。

在低温条件下，物质的许多物理化学性质会发生显著变化，因此需要采用专门的仪器和方法进行精确测量。

这些测量技术不仅需要高精度的设备，还需要熟练的操作技巧和深入的理论知识。

实验技术人员在这一过程中发挥着不可或缺的作用，他们不仅需要具备扎实的专业基础知识，还需要不断实践经验，以应对各种复杂多变的测试条件。

体积和密度是描述物质在低温条件下空间占据和质量分布的性质。

它们与物质的分子结构、晶格常数和原子间距等因素密切相关。

物质的体积和密度会受到相变的影响，如液氦的密度明显低于气态氦，而固态氦的密度略高于气态氦。

不同相变过程中体积和密度的变化也是研究相变行为的重要依据。

比热容是描述物质吸收或放出热量时温度变化的速率与吸收或放出的热量之比的物理量。

比热容对于研究材料的绝热性能和相变过程具有重要意义，液氦的比热容远大于气态氦，这使得液氦在制冷过程中具有更高的效率。

热导率是描述物质传导热量的能力的物理量，热导率对于研究材料的传热性能和制冷技术具有重要意义。

液氦的热导率非常高，使得它成为一种理想的制冷剂。

热膨胀系数是描述物质受热时体积随温度变化的速率的物理量。

热膨胀系数对于研究材料的相变行为和制冷技术具有重要意义。

某些合金在低温下的热膨胀系数较大，可能导致相变过程中的结构不稳定。

热电材料简介介绍

等。
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
01
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

物理实验技术中的低温物性测量技巧与方法

物理实验技术中的低温物性测量技巧与方法低温物性测量技巧与方法在物理实验技术中，低温物性测量是一项非常重要的工作。

低温下，物质的性质会发生明显变化，例如超导性、磁性和导电性等。

因此，了解低温下物质的物性非常有助于研究材料的性质和应用。

本文将分享一些低温物性测量的技巧与方法。

一、低温设备与制冷介质首先，创建一个低温环境是必要的。

传统上，液氮是最常用的低温制冷介质。

液氮的沸点约为77K，可以提供足够低的温度。

此外，液氦也是一种常用的低温制冷介质，其沸点约为4K。

对于更低温度的实验，还可以使用其他冷却剂，如超冷制冷机或制冷液氦-3。

其次，低温设备起到重要的作用。

常见的低温设备包括低温冷头、低温恒温器和低温容器。

低温冷头能够将液体制冷介质传导至被测物体，实现低温环境。

低温恒温器则提供恒定的低温环境，可用于长时间的实验。

低温容器用于储存液氮或液氦，以便随时使用。

二、电学测量技术电学测量是低温物性测量中常用的技术之一。

通过测量电阻、电导率和电磁特性等参数，可以研究材料的电性质。

在低温环境下，使用四探针测量方法可以有效地消除接触电阻的影响。

同时，还可以利用霍尔效应测量材料的磁性质。

要注意的是，在低温下，电缆和连接器可能存在超导效应或者冷焊现象，这可能会引起测量误差。

因此，正确选择和使用电缆和连接器非常重要。

此外，由于液氮具有极低的绝缘性能，需要采取措施保护实验装置免受电击危险。

三、热学测量技术除了电学测量，热学测量也是低温物性研究的重要手段。

研究材料的导热性、比热容和热导率等参数，可以了解其热性质。

传统的热测量技术包括热电偶、热电阻和热容器。

在低温下，热传导会受到来自热辐射的影响。

由于热辐射对于温度计的测量精度有限，可能会引入误差。

因此，在低温测量中，需要进行仔细的辐射校准和误差修正。

四、磁学测量技术磁学测量是研究低温物性的重要手段之一。

通过测量材料在低温下的磁化曲线和磁化率，可以了解其磁性质。

常见的磁学测量技术包括超导量子干涉仪、霍珀磁强计和振动样品磁强计。

材料的低温物性与测试技术简介及要求

材料低温物性与测试技术介绍:材料基础物理性质均与温度相关。

本试验是一综合性试验, 经过该试验使学生了解低温取得、测量和控温原理, 熟悉小型制冷机运行和低温液体使用; 在此基础上独立完成不一样类型材料直流测量（电阻率与温度关系）, 并分析结果, 训练处理实际问题能力。

利用本试验条件, 可扩充对材料热导、比热、热电势以及光学等性质低温测量。

一、电阻测量方案1.试验装置及基础测量线路（采取四引线方法）:卷烟纸真空室2.试验步骤:（1）样处理与电极制作:将试样切成长方形薄条, 上、下两面磨平。

在每个样品一面制作四根电极引线, 电极制作可采取真空镀膜（银膜或铝膜）、铟压或银胶（注: 这里采取银胶法）。

若需要计算样品电阻率, 需统计样品几何参数。

（2）安装样品: 将接有引线试样另一面涂上少许低温胶, 经过卷烟纸（另一面也涂有少许低温胶）贴到恒温块上。

同时可安装三个样品。

经过卷烟纸和低温胶可确保试样与恒温块有良好热接触和电绝缘。

然后将电极引线与测量引线一一焊接, 并统计好引线标号。

（3）建立测试线路: 熟悉仪器, 检验全部接线, 包含每一个样品电流、电压引线, 温度计引线等, 确定哪些该通, 哪些不该通, 哪些有阻值等等。

（4）在室温下进行测量, 确定整个恒温器系统和测试线路能够正常运行。

试验装置及基础测量线路图将恒温室密封, 抽真空, 再进行一次测量。

（5）降温与升温: 开启制冷机, 能够在降温过程中观察现象。

关掉制冷机开关, 温度升高至室温, 此过程进行数据测量, 并统计下来。

电阻数值可直接由台式万用表读出。

（6）试验数据处理: 温度数值可由标准电阻阻值确定。

由样品电阻和温度数据给出R-T试验曲线。

（7）结果讨论: 结合试验结果讨论半导体、金属和合金材料电阻率与温度关系有何不一样, 并说明造成不一样原因（试验汇报: 每组一份! ）。

二、样品电极制备1．样品清洗（1）将样品放如入丙酮溶液玻璃容器内进行超声清洗5分钟;（2）再将样品放入盛有HF溶液塑料容器内中浸泡10分钟, 取出后用去离子水清洗, 烘干后待用。

综合物性测量系统PPMS

美国Quantum Design公司综合物性测量系统（PPMS）简易产品说明手册Quantum Design中国子公司2010年6月美国Quantum Design公司简介图1、Quantum Design全球总部美国Quantum Design公司是1982年由世界上第一台SQUID的设计者创立，坐落于美国加州圣迭戈市。

在公司成立的二十多年里，Quantum Design公司专注于打造两种产品线——SQUID磁学测量系统（MPMS）和综合物性测量系统（PPMS）。

目前PPMS和MPMS已经成为实验数据可靠的标志，被广泛应用于物理、化学及材料科学等众多研究领域，遍布几乎所有世界一流相关实验室，在中国超过80台PPMS和MPMS正在服务于尖端的课题研究组。

PPMS系统总述PPMS系统的设计思想是在一个完美控制的低温和强磁场平台上，集成全自动的电学、磁学、热学、光电和形貌等各种物性测量手段。

这样的设计使得整个系统的低温和强磁场环境得到了充分的利用、极大减少了客户购买仪器的成本、避免了自己搭建实验的繁琐和误差，可以迅速的实现研究人员珍贵的研究思路。

图2、PPMS系统的设计理念一个PPMS系统由基本系统和各种拓展功能选件构成；基本系统提供低温和强磁场的环境，以及整个PPMS系统的软硬件控制中心。

用户在基本系统平台的基础上选择自己感兴趣的各种测量选件，这些测量选件被称为拓展功能选件。

对于绝大多数常规实验项目，PPMS已经设计好了全自动的测量软件、具有标准测量功能以硬件，如电阻率、磁阻、微分电阻、霍尔系数、伏安特性、临界电流、磁滞回线、比热、热磁曲线、热电效应、塞贝克系数和热导率等等。

这些测量方法的可靠性和便捷性在过去的十几年中已经得到世界科学界的认可。

经过独特设计，PPMS系统上的各种测量选件之间能够互不干扰，且能够快速简单地相互切换。

除此之外，PPMS系统还预留了软件和硬件的接口，使得用户能够通过PPMS系统控制第三方设备，利用PPMS系统的低温强场环境和测量功能进行用户自己设计的实验，如介电、铁电、光电、磁电耦合等测量。

低温物理与技术-第6章低温物性测量汇总

金属电阻率的实验观测
金属高电导率的事实早已被发现和利用，它的电导率温度关系对材料的应有有着重大影响，所以进行了大量的实验研究，得到了不少规律性的结果，纯金属的电阻率可以明显地分成两个独立部分之和：
0 l (T )
l 与温度有关，称作本征电阻。它随温度的降低而减小， T→0K时， l →0。初步判断它应是因晶格振动引起的。
U J s
J 为交换积分，代互表相作用的强度；s 和分别为传
导电子和磁性原子的自旋。J 的绝对值远小于传导电子的费米能，可以当作微扰来处理。
电阻的温度关系
取自冯端：凝聚态物理 p406
7.3 CDW和SDW
1975年发现NbSe3的非线性电导特性
一种新的导电机制：电子的集体运动模式C NhomakorabeaW形成示意图
V4Vs
V=Is(Rc1+Rc4)+ IsRs
V4 IsRs
Rc3
Rc2
Rc4
If Rc1+Rc4+Rs<< Rout
Rc1
Rout>>Rc1, Rout>>Rc4,
Vs
Iscons.
V4Vs
If Rc1+Rc4+Rs> Rout, Rc1 or Rc4>>Rs
Is? Vg ?
随着温度的降低电阻呈半导体行为增加，当Rs>Rg时，测量结果是否正确？
2
sind k 2
k
d
对于球形费米面有：
g( )
1
4
3
4k
2
k
k2
2
k
1
因此：
dk

热电材料

汤姆逊又将两种温差电热效应的系数与温差热电效应的塞贝克系数联系起来得到汤姆逊关系式
• 接点—介质温差效应用半导体和两种不同金属连接成一个回路(半导体在两金属中间）并使半导体温度大于介质温度，即可产生电动势，这也是一种温差效应。 • 温差电(势)效率η
效应名
效应内容可逆性应用两种金属组成的回路，若接触点温塞贝克效应两种材料的接点有热电偶度不同回路中产生电流帕尔贴效应两种材料的接点汤姆逊效应一种导体均匀的温度分布，若回路中有电流有则接触部有吸热或放热一种金属的两端有温度梯度时，若有有电流，就会有放热火吸热帕尔贴器件
材料种类
温差电动势材料的种类 • 合金：常用的热电极材料中，合金类占很大比例
• 半导体合金 • 化合物：氧化物、硫化物、氮化物、硼化物和硅化物。
• 温差电动势材料的应用温差电动势材料主要应用在两个方面：一方面制作热电偶用于测温，这方面应用的材料主要是高纯金属和合金材料；另一方面热电转换材料（可制作温差电堆），用来发电或做致冷器，这类器件所用的材料主要是高掺杂半导体材料。
（2）热释电探测器
热释电效应：当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量
相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的自发电极化现象
称为热释电效应，电极化强度与温度有关。
自发极化电荷qs
静态条件下无法测量热释电晶体的自发极化电荷。
Ps:自发极化强度，极化电荷密度； Ca, Ra晶体两端面等效电容和电阻。若忽略Ra,Rl,则
塞贝克(T.J. Seebeck) 的实验,1821年
回路中的电动势ΔEAB为可近似由下式给出: ΔEAB= SAB ΔT SAB 为相对塞贝克系数； ΔT为两接触点的温差。

热电材料的研究及应用

热电材料的研究及应用热电材料正在成为当前科学领域中研究的热点，人们对其应用的热情也越来越高涨。

本文就热电材料的研究及应用进行深入探讨。

一、热电材料的基础知识热电材料也称为热电体，是指在温差作用下产生热电效应的材料。

这种材料可以通过热电转换将热能转化为电能，或者通过反向转换将电能转化为热能。

在很多领域，热电材料的应用前景都非常广阔。

从基础的角度来看，热电材料有很多种类，其中最常见的为铜、铁、银、锡等元素。

这些元素都有不同的特性，例如传导能力、电导率等，因此它们的热电性能也不尽相同。

目前，最先进的热电材料可以将15%的热能转化为电能。

二、热电材料的应用领域热电材料的研究和应用在各个领域都有所涉及。

在能源领域，热电材料可以帮助人们从太阳能、火力发电等系统中收集废热并转化为电能，在光伏、燃料电池、电子设备等领域也有广泛应用。

在冶金领域，热电材料可以用于控制反应炉中的温度，从而使反应达到最佳状态。

而在医学领域，热电材料可以用于制造温度控制系统，帮助人们治疗疾病。

三、热电材料的研究现状目前，热电材料的研究集中在以下几个方面。

第一个方面是提高热电效率。

热电效率主要由两个因素影响，一个是热电转换的效率，另一个是能量转移和散失的效率。

研究人员通过添加纳米颗粒、控制热电材料的结晶结构等措施，提高了热电效率。

第二个方面是热电材料的几何形状。

通过调整热电材料的几何形状，可以提高其热电性能。

例如，研究人员发现，沿着某些方向延伸的纤维状材料在保持热电效率的同时可以减小散热损失。

第三个方面是在热电材料中使用新材料。

目前已经研究出的一些热电材料在使用过程中有很大的局限性，因此研究人员正在探索新的材料。

例如，一些研究表明，锗和硅等材料可以在高温下产生更多的电能。

四、热电材料未来的发展前景热电材料的应用前景非常广阔，特别是在新能源领域的应用将会越来越广泛。

随着技术的进步，热电材料的热电效率会不断提高，这将有助于在光伏、燃料电池等领域推广其应用。

低温热电材料的研究及应用

低温热电材料的研究及应用在当今世界，节能减排已经成为了一个普遍的话题。

而其中的一个非常重要的领域就是热电材料。

低温热电材料，就是在较低的温度下能够将热量转化为电能或将电能转化为热量的材料。

近年来，随着科技的不断发展和需求的增加，热电材料领域已经成为了一个备受瞩目的研究领域。

首先，我们来了解一下低温热电材料的一些基础知识。

热电效应是指当一种材料的两侧温差存在时，该材料的两侧会产生电势差。

这个现象的产生是由于材料内部的电荷被温度梯度所影响，从而形成了电势差。

而热电材料，就是能够在这种温度梯度下产生电势差的材料。

这种能够将热量转化为电能或将电能转化为热量的材料，可以广泛应用于各种领域，如航空、汽车、电子设备等。

然而，目前的低温热电材料的应用发展还存在着一些困难。

一方面，热电转换效率较低，还需要进一步提高。

另一方面，低温热电材料的制备难度大、成本高，制备技术还需要进一步提高。

因此，在热电材料领域的研究中，一直都存在着如何提高热电转换效率和如何降低制备成本的问题。

在低温热电材料的研究中，材料的组成是非常重要的一个方面。

通常情况下，热电材料同时要满足一些较为严格的条件，比如要具有良好的电导率、热导率和塞贝克系数等。

其中，热导率和塞贝克系数是热电材料研究中的两个重要指标。

热导率是指在单位温度梯度下，单位时间内单位面积内传热流的能力，而塞贝克系数则是指在单位温度梯度下，单位时间内单位电压产生的电流。

因此要想制备出高效的热电材料，需要从以上多个方面进行优化。

同时，在热电材料的研究中，制备方法也是一个非常重要的因素。

当前，比较常用的制备方法包括溶胶-凝胶法、高温固相法、机械合金化法、溅射法等。

这些方法各有优缺点，适用于不同的热电材料制备。

其中，溶胶-凝胶法是比较常用的一种方法，其优点在于可以制备出高质量、纯度较高的热电材料。

高温固相法的优点在于可以实现大规模生产，而机械合金化法则可以制备出具有新颖结构的热电材料。

低温热电材料的应用可以非常广泛，以下仅介绍其中的一些应用领域。

中低温热电材料

中低温热电材料中低温热电材料是一类能够将热能转化为电能的材料，其在中低温范围内具有较高的热电性能。

这类材料的研究和应用对于提高能源利用效率、开发清洁能源具有重要意义。

本文将从中低温热电材料的特性、应用领域和研究进展等方面进行介绍。

一、中低温热电材料的特性中低温热电材料主要具有以下特性：1. 热电转换效率高：中低温热电材料能够将热能转化为电能，其热电转换效率较高，可以高效利用热能资源。

2. 热电性能稳定：中低温热电材料在中低温环境下具有较好的稳定性，能够长期稳定工作。

3. 兼具热导和电导性能：中低温热电材料既具有良好的热导性能，又具有较高的电导性能，可以实现热电能量的高效转换。

4. 材料多样性：中低温热电材料种类繁多，包括金属、半导体、氧化物等，可以根据不同需求选择合适的材料。

中低温热电材料在各个领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：1. 热能回收利用：中低温热电材料可以应用于工业余热、生活废热等热能回收利用领域，将废热转化为电能，提高能源利用效率。

2. 温差发电：中低温热电材料可以利用温差效应，将环境中的热能转化为电能，用于自动化设备、传感器等领域。

3. 新能源开发：中低温热电材料可以应用于太阳能、地热能等新能源开发领域，将太阳能、地热能等热能转化为电能，实现清洁能源的利用。

4. 热电制冷：中低温热电材料可以应用于热电制冷领域，将热能转化为冷能，用于制冷设备、航天器等领域。

三、中低温热电材料的研究进展近年来，中低温热电材料的研究取得了一系列重要进展，主要体现在以下几个方面：1. 新型材料的研发：研究人员通过合成、改性等手段，开发出了一批具有优异热电性能的新型材料，如高效热电材料、柔性热电材料等。

2. 结构优化：通过调控材料的结构，包括晶体结构、界面结构等，提高材料的热电性能，实现更高的热电转换效率。

3. 多尺度调控：研究人员通过多尺度调控材料的结构和性能，实现热电性能的优化，如纳米尺度调控、界面调控等。