热电材料
热电材料的分类
热电材料的分类热电材料是一类特殊的材料，具有独特的热电效应，即温差效应和塞贝克效应。
根据材料的热电性能和特点，可以将热电材料分为以下几类：1. 金属热电材料：金属热电材料是最早被发现和应用的热电材料之一。
金属通常具有良好的导电性和热导性，在一定温差下能产生较大的热电效应。
常见的金属热电材料有铜、铁、铅等。
金属热电材料的热电性能主要通过调控材料的电子结构和掺杂等方式进行改善。
2. 半导体热电材料：相比金属热电材料，半导体热电材料具有更高的热电效应和更广泛的应用前景。
半导体材料的热电效应主要由电子和晶格之间的相互作用所决定。
常见的半导体热电材料有硒化铋、硒化铋锗、硫化锡等。
通过控制半导体材料的载流子浓度、能带结构和晶格热导率等方面的性质，可以进一步提高材料的热电性能。
3. 有机热电材料：有机热电材料是近年来快速发展的一类新型热电材料。
与传统的金属和半导体材料相比，有机热电材料具有可塑性、可加工性和成本低廉等优势。
常见的有机热电材料有聚苯胺、聚噻吩等。
尽管有机热电材料的热电性能相对较低，但通过控制材料的分子结构和相互作用等方式，仍然可以提高其热电性能。
4. 纳米热电材料：纳米热电材料是近年来兴起的一种新型热电材料。
由于纳米材料具有较高的比表面积和尺寸效应，能够显著增强材料的热电性能。
常见的纳米热电材料有氧化物纳米颗粒、纳米线、纳米薄膜等。
通过控制纳米材料的形貌、尺寸和结构等方面的特征，可以进一步提高材料的热电性能。
5. 复合热电材料：复合热电材料是指由两种或多种不同类型的热电材料组成的复合体系。
通过合理设计和组合不同的热电材料，可以充分利用各材料的热电性能，实现热电性能的协同增强。
常见的复合热电材料有热电聚合物复合材料、金属-半导体复合材料等。
复合热电材料的热电性能可以通过控制材料的比例、界面特性和相互作用等方面进行调控。
热电材料的分类主要根据材料的性质和热电性能进行区分。
金属热电材料具有良好的导电性和热导性；半导体热电材料具有较高的热电效应；有机热电材料具有可塑性和可加工性等优势；纳米热电材料具有尺寸效应和较高的比表面积；复合热电材料可以实现热电性能的协同增强。
热电材料的性质及应用
热电材料的性质及应用热电材料是一种能够将热能转化为电能，或者将电能转化为热能的材料。
这种材料具有非常重要的应用价值，可以在能源领域、电子技术领域、传感器领域等多个领域发挥作用。
本文将从热电材料的性质和应用两个方面进行介绍。
1. 热电材料的性质热电材料的热电效应可以分成两种类型：Seebeck效应和Peltier效应。
Seebeck效应是指在温度差的作用下，导体中的电子向低温区域不断扩散，从而形成了一种“热电势差”。
此时如果连接一个电阻，就可以利用热电效应来实现热电能的转化。
比较常见的热电材料有铜、铁、金、铂等。
在具体应用的过程中，需要根据具体的需求来选择材料。
Peltier效应则是指在电流的作用下，热电材料中的电子会不断地吸收和释放热能，从而形成热冷颠倒现象。
在实际应用中，可以将Peltier效应用于温度控制领域，在低温环境制冷，高温环境制热。
除了上述两种效应之外，热电材料还需要具备一些特殊的属性，比如较高的热电系数、较低的电性能量、充分的电子迁移性、良好的热传导性等等。
这些特殊的属性都是热电材料能够实现热电转换的重要基础。
2. 热电材料的应用由于热电材料的高效率转换，以及对环境友好的特点，热电材料可以应用于各种领域，包括能源、电子技术、传感器、航空航天领域等等。
在能源领域，热电技术可以将废热转化为电能，并为各种便携式设备提供能源支持，比如远程探测器，智能手表，以及GPS 导航仪等。
在电子技术领域，热电设备可以应用于半导体材料的温度控制，在芯片制造等领域起到了非常重要的作用。
同时，还可以利用热电设备来实现能量的回收，提高设备工作效率。
在传感器领域，热电技术可以应用于气体传感器、温度计、湿度计等等，还可以用于热成像等技术。
在航空航天领域，则可以利用热电材料来制造能够适应极端环境下电源的装置，比如航空器的火星探测车。
由于热电设备具有基本无噪音、无污染等特点，适用于太空环境和其他特定环境下的应用。
总之，热电材料是一种非常重要的材料，具有广泛的应用前景。
热电材料分类
热电材料分类热电材料是一种能够实现热能和电能相互转换的材料，广泛应用于能源转换、温度控制、热电制冷等领域。
根据不同的分类方式，热电材料可以分为以下几类：一、按材料体系分类1.金属热电材料：这类材料以金属为主，具有较高的热电势和较低的热导率。
常见的金属热电材料包括铜、镍、铬、铁、钴等。
2.半导体热电材料：这类材料以半导体为主，其热电势和热导率都较高。
常见的半导体热电材料包括硅、锗、砷化镓、碳化硅等。
3.陶瓷热电材料：这类材料以陶瓷为主，其热电势较低但热导率较高。
常见的陶瓷热电材料包括钛酸钡、锆钛酸铅等。
4.复合热电材料：这类材料由金属、半导体和陶瓷等多种材料组成，具有优异的热电性能。
常见的复合热电材料包括氧化锌掺杂铅铋合金、碳化硅基复合材料等。
二、按应用领域分类1.能源转换领域：这类材料主要用于将热能转换为电能，常用于热电发电和太阳能发电等领域。
常见的能源转换用热电材料包括铋掺杂的铅基合金、硅锗合金等。
2.温度控制领域：这类材料主要用于精确控制物体的温度，常用于电子器件的温度控制和微型制冷等领域。
常见的温度控制用热电材料包括钛酸钡、锆钛酸铅等。
3.热电制冷领域：这类材料主要用于制冷和温度控制，常用于微型制冷器、温差发电和红外探测器等领域。
常见的热电制冷用热电材料包括铅铋合金、铜基合金等。
4.其他领域：除了以上三个领域，热电材料还可以应用于其他领域，如热电偶、温度传感器等。
三、按制备方法分类1.机械合金法：通过机械合金化的方法制备出具有优异热电性能的合金材料。
该方法具有制备工艺简单、成本低等优点，但易引入杂质元素影响材料的性能。
2.真空熔炼法：通过在真空环境中将原料加热至熔点以上并缓慢冷却的方法制备出纯净的热电材料。
该方法可有效去除杂质元素的影响，提高材料的性能，但制备工艺复杂、成本较高。
3.化学气相沉积法：通过化学反应的方式在基底上生长出具有优异性能的热电材料。
该方法可实现大面积制备，同时可精确控制材料的成分和结构，但工艺复杂且成本较高。
热电材料
带在手上的发电机
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描述热电性能的参数
• 1911 年, 德国的阿持克希提出了一个令人 满意的温差热电制冷和发电的理论, 并提出 了热电优值公式: Z＝S2σ/k 式中: S———材料的塞贝克系数 σ———电导率 k———热导率
• 无论用于发电还是制冷, 热电材料的Z 值越 高越好。从前面的公式可知, 材料要得到高 的Z 值, 应具有高的。Seebeck 系数、高的 电导率和低的热导率, 所以好的热电材料必 须要像晶体那样导电, 同时又像玻璃那样导 热，但在常规材料中是有困难的,因为三者 耦合,都是自由电子(包括空穴)密度的函数, 材料的Seebeck 系数随载流子数量的增大 而减小, 电导率和导热系数则随载流子数量 的增大而增大。
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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
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依其运作温度分为三类
• 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℃。
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• 体积小 重量轻，坚固,且工作中无噪音 体积小,重量轻，坚固 且工作中无噪音 重量轻 • 温度控制可在±0.1℃之内 温度控制可在± ℃ • 不必使用 不必使用CFC(CFC氯氟碳类物质，氟里昂。 氯氟碳类物质，氟里昂。 氯氟碳类物质 被认为会破坏臭气层)， 被认为会破坏臭气层 ，不会造成任何环境 污染 • 可回收热源并转变成电能 节约能源)，使用 可回收热源并转变成电能(节约能源 ， 节约能源 寿命长， 寿命长，易于控制
热电材料的性质与应用前景
热电材料的性质与应用前景热电材料是一种将热能转化为电能，或者反过来将电能转化为热能的材料。
这种材料的独特性能使其在能源转换、节能等诸多领域发挥着重要的作用。
本文将从热电材料的定义、性质和应用前景三个方面来阐述其重要性。
热电材料的定义热电材料是能够直接将热能转化成电能，或者将电能直接转化成热能的材料。
热电材料的本质是利用材料的热电效应，通过将热梯度与电子传输结合来实现热能转换。
热电材料按照热电效应的类型可分为两种，一种是塞贝克效应，另一种是泊松效应。
热电材料的性质热电材料具有很多优良的性质：1.高效性：热电材料可以高效转换热能和电能之间的相互转换，这种效率比常规的能源转换方式要高得多。
2. 稳定性：热电材料在长时间的使用中，其性质不会随着时间的推移而发生明显的变化或退化。
3. 可靠性：热电材料在极端的温度和压力下仍能保持较高的可靠性，这些特性使其在航空航天等领域有着广泛的应用。
4. 环保性：热电材料的制备与使用过程中无需消耗过多的化石能源和产生较多污染，因此更为环保。
热电材料的应用前景热电材料在热电发电、节能、冷却、光伏等多个领域都有着广泛的应用前景。
1. 热电发电热电发电技术是一种将废热转变为有用的电能的技术。
它可以大幅度提高能源效率，实现废热的资源化，减少环境污染。
目前，热电发电技术已经逐渐得到了广泛的应用，例如汽车发动机、空调和制冷设备等。
2. 节能利用热电材料制造的热电模块可以将废热转化为电能，从而提高机械设备等能源利用效率，进一步达到节约能源和减少环境污染的目的。
3. 冷却利用热电材料的热电效应，可以实现冷却效果，在热电冷却设备的应用中，热电材料可以将高温的环境抽取的热量通过热电冷却器转化为冷热，从而使温度得到有效的降低。
4. 光伏利用热电材料可以制造太阳能电池板，这种电池板可以将太阳能转化为电能，从而实现低成本的太阳能电池发电，大规模应用在城市的建筑、工业等领域。
结语热电材料是一种能够将热能和电能相互转换的材料，具有高效性、稳定性、可靠性和环保性等优良特性。
热电材料的研究现状及展望
热电材料的研究现状及展望热电材料的研究现状及展望热电材料是一类具有特殊性质的材料，可以将热能转化为电能，或者将电能转化为热能。
这种材料不仅在能源领域有着广泛的应用，也在环境保护和电子器件等领域起着重要作用。
热电材料的研究与发展一直是科学家们的重要任务之一。
本文将对热电材料的研究现状及其未来的展望进行探讨。
1. 热电材料的定义与原理介绍1.1 什么是热电材料热电材料是指能够实现热电效应的材料，即通过热梯度产生电压差或通过电压差产生热梯度的材料。
热电效应是指材料在温度差异作用下出现的电与热之间的相互转化现象。
1.2 热电效应的原理热电效应源于材料内部的电荷载流子在温度差异作用下发生迁移。
具体来说，在温度梯度作用下，电荷载流子会从高温区域向低温区域迁移，产生电势差；而在电场作用下，电荷载流子会发生迁移，产生热流。
这样，热电材料就可以实现热能到电能或电能到热能的转化。
2. 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：2.1 热电材料的性能优化热电材料的性能优化是热电材料研究的重要方向之一。
研究人员通过合理设计材料结构、调节组分比例以及改变材料微观结构等手段，不断提高热电材料的热电性能，包括提高热电转化效率和热电耦合系数等。
2.2 可持续能源利用随着全球对能源的需求不断增长，人们对可持续能源的需求也越来越迫切。
热电材料作为一种可实现热能与电能转换的材料，具有广阔的应用前景。
研究人员正在探索利用热电材料来转化废热、太阳能、生物热等可再生能源为电能的方法，以实现能源的有效利用。
2.3 热电材料的多功能应用热电材料不仅可以用于能源领域，还可以在其他领域发挥重要作用。
在环境保护领域，热电材料可以用于制备具有抗菌、防污染等特性的材料；在电子器件领域，热电材料可以用于制备高效的热电能量转换器件等。
3. 热电材料研究的展望针对热电材料的研究，未来有以下几个发展方向：3.1 纳米材料的应用纳米材料具有较大的比表面积和较短的电子或热子传输路径，因此很适合用来制备高性能的热电材料。
热电材料
国外前沿热电材料研究现状
日本国家功能材料研究中心（SMRC）以 MasanobuMarlo博士为首的科研人员正在研究利用 汽车尾气作为热源的TEG技术。 英国威尔士大学和日本大阪大学于1991年联合研 究了大规模利用钢铁厂和垃圾焚烧厂的废弃余热 产生兆瓦级输出电功率的项目。 德国Dresden科技大学以Wemirl Qu为首的研究工作 者发明了一种利用铜箔作为介质的微型热电发电 机，能够循环使用将周围环境的热量转化为电能。
热电材料
一.基本概念 二.材料分类 三.研究现状 四.现实意义 五.前景展望
———————————
基本概念
什么是热电材料？ 热电材料又叫温差电材料，具有交叉耦 合的热电输送性质;是一类具有热效应和电 效应相互转换作用的新型功能材料，利用 热电材料这种性质，可将热能与电能进行 直接相互转化，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。
好的热电材料必须具有大的塞贝克系 数，从而保证有较明显的热电效应；同时 应有较小的热导率，使能量保持在接头附 近，此外还要求电阻较小，使产生的焦耳 热最小。对这几个性质的要求，可由热电 优值Z描述。其定义为 Z=（α＾2*σ ）/k 式中， α和σ 分别为塞贝克系数和电导 率；k为热导率。通常热电优值作为评价热 电导率的标准。
前景展望
热电材料塞贝克效应和帕尔帖效应发现 距今已有100余年的历史，无数的科学家已对 其进行了深入而富有成效的研究和探索，取得 了辉煌的成果。随着研究的不断深入，相信热 电材料的性能将会进一步提高，必将成为我国 新材料研究领域的一个新的热点。在今后的热 电材料研究工作中，研究重点应集中在以下几 个方面： （1）利用传统半导体能带理论和现代量子理论， 对具有不同晶体结构的材料进行塞贝克系数、 电导率和热导率的计算，以求在更大范围内寻 找热电优值ZT更高的新型热电材料。
热电材料性质与应用
热电材料性质与应用热电效应是指材料在温度差异下产生电势差或者材料在电场下引起温度差异的现象。
热电材料是指那些能够利用热电效应来产生电能或者产生温度变化的材料。
热电材料具有广泛的应用前景，涉及能源、物理、化学、生物等多个领域。
本文将重点探讨热电材料的性质以及其应用。
一、热电材料的性质1. Seebeck 系数Seebeck 系数是用来描述材料在温度差异下产生电势差的量度，一般用字母 S 表示。
当两端的温度差正常时，电势差与温度差成正比，其比例系数即为 Seebeck 系数。
Seebeck 系数的大小与材料的热导率、电导率、载流子的浓度等因素有关。
通常，材料的Seebeck 系数越大，其制热性和制冷性能越好。
2. Peltier 系数Peltier 系数是热电材料在电流下产生热量的量度，用字母π 表示。
当电流从材料中流过时，载流子会发生能量的交换，由于热电效应的存在，这种能量交换会导致材料产生热量。
Peltier 系数的大小受材料的电导率、热导率、载流子的浓度等因素的影响。
3. Thomson 系数Thomson 系数又称为热功效系数，用字母α 表示。
它是描述材料在电场下引起温度差异的量度。
当电流从材料中流过时，载流子的能量转移也会引起热量的流动，从而使材料中产生温度差异。
Thomson 系数的大小同样受到材料的电导率、热导率、载流子的浓度等因素的影响。
二、热电材料的应用1. 热电发电热电发电技术是指利用热电材料的热电效应将热能直接转化为电能的方法。
这种技术具有无排放、高效率、适应性强等优势，可以应用于太阳能、生物质能、废热回收等多个领域。
热电发电技术可以实现小型化、便携化和分布式供电等特性。
2. 热电制冷热电制冷技术是指利用热电材料的 Peltier 效应将电能转化为热量或者将热量移动而实现制冷的方法。
相比传统制冷技术，热电制冷技术具有低噪音、高可靠性、省空间等优势，适用于微型制冷、航空航天、精密仪器制冷等领域。
热电材料
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
应用—热电制冷
结构简单，部件少，维修方便 无需制冷剂制冷（压缩式和吸
收式都需要），绝对环保
效率高，耗电量低
必须使用散热设备，增加成本 较大的冰箱，成本较高，不利
于大规模推广
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
热电发电
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
热电材料研究和应用的瓶颈
提高热电优值ZT的困难 材料的电子结构以及载流子的传输特性。 这三个物理量不能同步调节，热电优值和热电转换效率很难大幅度提高， 使得传统块状热电材料的推广应用面临巨大障碍
Байду номын сангаас
热电材料主要应用于热电致冷器与热电发电机
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
应用—热电制冷
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
热电材料简介
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。
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。
探索廉价，高性能的材料降低成本
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
热电材料
Outline
热电材料简介
热电材料的主要应用
新闻中的热电材料
新型显示技术及应用集成教育部重点实验室
热电材料简介
热电材料受到前所未有的关注
能源问题推动了热电材料的研究
环境污染和温室效应 热电发电&热电致冷
绿色能源：体积小、重量轻、结构简单、坚固耐用、无需
热电材料
将热能和电能相互转换的功能材料
01 应用意义
03 材料分类
目录
02 特点与热电优值 04 提高优势
05 未来展望
07 新型材料
目录
06 历史沿革 08 力学性能
基本信息
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1821年发现的塞贝克效应和1834年发现的珀耳帖效应 为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。
利用帕尔帖效应制成的热电制冷机具有机械压缩制冷机难以媲美的优点：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，因此不存在污染环境的问题，可实现精确控温，响应速度快，器件使用 寿命长。还可为超导材料的使用提供低温环境。另外利用热电材料制备的微型元件用于制备微型电源、微区冷却、 光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。
材料分类
材料分类
电热材料的选择可依其运作温度分为三类： (1)碲化铋及其合金：这是被广为使用于热电致冷器的材料，其最佳运作温度<450℃。 (2)碲化铅及其合金：这是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℃。 (3)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℃。 随着纳米科技相关研究蓬勃发展，热电材料应用的相关研究亦是欧美日各国在纳米科技中全力发展的重点之 一，不论在理论方面或实验方面均有很大的研究空间，纳米材料具有比块材更大的界面，以及量子局限化效应， 故纳米结构的材料具有新的物理性质，产生新的界面与现象，这对提升ZT(热电优值)值遭遇瓶颈的热电材料预期 应有突破性的改善，故纳米科技被视为寻找高ZT值热电材料的希望。
因此，热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材 料的研究具有很强的现实意义。
热电材料的研究及应用探索
热电材料的研究及应用探索第一章热电材料的概念及分类热电材料是指能够将热能转化为电能或将电能转化为热能的材料。
热电材料可分为两类，一类是铁磁性热电材料，另一类是非铁磁性热电材料。
铁磁性热电材料是指磁性和热电性质同时出现的材料，而非铁磁性热电材料则是指磁性和热电性质不同时存在的材料。
第二章热电材料研究的意义热电材料的研究对于能源转化、节能环保等领域具有高度的意义。
热电材料可以将废热转化为电能，从而实现能源的高效利用。
热电材料的研究可以推动可持续能源的发展，减少对有限资源的依赖。
第三章热电材料的研究进展1. 铁磁性热电材料的研究铁磁性热电材料广泛应用于磁场传感、高精度温度传感、磁化冷却等领域。
近年来，研究者们在铁磁性热电材料的合成、电性能调控等方面取得了重要进展。
例如，研究者发现了一种新型的铁磁性热电材料，具有较高的热电效率和良好的稳定性。
2. 非铁磁性热电材料的研究非铁磁性热电材料具有广泛应用前景。
在半导体、生物医药等领域，非铁磁性热电材料的应用前景十分广阔。
研究者们在非铁磁性热电材料的制备、性能优化等方面进行了大量的研究。
此外，多相热电材料也是非铁磁性热电材料研究的一个热点领域。
第四章热电材料的应用探索1. 废热利用废热来自于各种工业活动、交通运输等领域，这些废热如果被有效利用，可以大大降低能源消耗和污染排放。
热电材料可以将废热转化为电能，从而实现能源的高效利用。
2. 温度传感器热电材料在高温、低温等极端环境下的性能稳定性很高，因此可以作为温度传感器材料。
热电温度传感器可以在高温、强电磁场、腐蚀等恶劣环境下稳定工作，广泛应用于航空、航天、军工等领域。
3. 生物医药传感器热电材料的应用不仅限于工业领域，还可以用于生物医药领域。
热电材料在生物医药领域的应用主要包括生物传感器、药物控释等方面。
例如，研究者们利用热电材料制备了高灵敏度的葡萄糖生物传感器，用于检测人体内的葡萄糖含量。
第五章热电材料未来的发展趋势1. 多功能化未来的热电材料将会朝着多功能化方向发展。
热电材料调研报告
热电材料调研报告一、热电材料的定义与分类热电材料是指具有热电效应的材料，它们能够将温差转化为电能或将电能转化为温差。
根据材料的热电效应类型和性质，可以将热电材料分为两类：Seebeck效应材料和Peltier效应材料。
1. Seebeck效应材料Seebeck效应是指当不同温度两端的材料之间存在温差时，由于电子在材料中的热运动差异，将产生电势差，从而产生电流。
Seebeck效应材料主要包括金属、半导体和复合材料。
（1）金属：常见的金属热电材料包括铜、铁、铟、铋等。
金属具有较高的导电性和较低的电阻率，但其热电效应较小。
（2）半导体：半导体热电材料的热电效应较金属更大，常用的半导体材料包括硅、锗、锡化物、碲化物等。
半导体热电材料的导电性较金属弱，但在不同温度两端形成的温差下，电荷载流子的移动将导致电势差的产生。
（3）复合材料：复合材料是由不同的成分组成的材料，常见的复合热电材料有氧化物、硫化物、硒化物等。
复合材料中的组分可以发挥不同的作用，例如增强导电性、调节热导率等，从而提高热电效应。
2. Peltier效应材料Peltier效应是指当电流通过两种不同材料之间时，在材料交界处会产生温度差。
Peltier效应材料主要用于制冷、加热等领域。
常见的Peltier效应材料有锗、硒、碲等。
二、热电材料的性能与优势热电材料的性能参数包括热导率、电导率、Seebeck系数以及热电功率因子。
热导率越低、电导率越高、Seebeck系数越大、热电功率因子越大的材料，其热电效应越明显。
热电材料具有以下优势：1. 高效能转化：热电材料能够将废热或热能转化为电能，实现能源的利用和转换，有助于提高能源利用效率。
2. 可再生能源应用：热电材料能够利用可再生能源，如太阳能、生物质能等产生的热能，实现绿色环保能源的转化和利用。
3. 模块化应用：热电材料可以组合成热电模块，根据实际需要进行扩展和应用，提供了灵活的设计和安装方式。
4. 无污染：热电材料的转换过程无需化学反应，因此不会产生废水、废气等污染物。
第4章 热电材料 ppt课件
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。
8
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。
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
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。
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总结与展望
当前面临的主要问题
低热电转化效率
热电材料要求
热电材料要求1. 什么是热电材料？热电材料是指具有热电效应的材料，即能够将热能直接转换为电能或将电能转化为热能的材料。
热电效应是指当两个不同温度的导体连接在一起时，由于温度差异而产生的电势差，这种现象被称为“热电效应”。
2. 热电材料的应用领域热电材料具有广泛的应用领域，包括能源转换、温度测量、热能采集等。
其中，能源转换是热电材料最主要的应用领域之一。
利用热电材料可以将低品位热能（如废热、太阳能等）转化为电能，从而实现能源的高效利用。
此外，热电材料还可以用于温度测量，通过测量热电效应产生的电势差来准确测量物体的温度。
此外，热电材料还可以被用作热能采集器，通过将其放置在高温环境中，利用热电效应将热能转化为电能，以供电子设备使用。
3. 热电材料的性能要求热电材料的性能要求主要包括热电转换效率、电导率、热导率和稳定性等。
3.1 热电转换效率热电转换效率是衡量热电材料性能的重要指标之一。
它表示热能转化为电能的效率，通常用热电转换效率（thermoelectric conversion efficiency）来表示。
热电转换效率的大小取决于材料的Seebeck系数和电阻率。
Seebeck系数是描述热电材料对温差产生的电势差敏感性的参数，而电阻率则是描述热电材料的电导特性的参数。
提高热电材料的热电转换效率是提升其性能的关键目标之一。
3.2 电导率电导率是指热电材料导电性能的好坏，也是研发热电材料时需要考虑的重要因素之一。
高电导率可以提高热电材料的电流传输效率，从而提升热电转换效率。
3.3 热导率热导率是指热电材料导热性能的好坏。
高热导率可以有效地将热量传输到热电界面，从而提高热电转换效率。
然而，在热电材料中，热导率与电导率通常呈反相关关系，因此需要在研发过程中寻找到两者之间的平衡点，以实现更高的热电转换效率。
3.4 稳定性热电材料需要具有良好的稳定性，以保证其长期稳定工作。
稳定性主要包括化学稳定性和热稳定性。
热电材料
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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。
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。
SA SB
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（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。
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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
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。
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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。
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。
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。
热电材料性能分析及应用研究
热电材料性能分析及应用研究热电效应是指热电材料在温差作用下产生电动势，并可将热能转换为电能。
具有热电效应的材料被称为热电材料。
热电材料广泛用于测量热量、温度、热流等物理量以及热电转换、热电制冷等领域。
针对热电材料性能的分析和研究，可以提高其应用效果，满足不同领域的需求。
一、热电材料的基本性质1. 热电效应热电效应分为七种类型，包括Seebeck效应、Peltier效应、Thomson效应、Nernst效应、Ettinghausen效应、Righi-Leduc效应和Rezende效应等。
其中，Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应是常见的热电效应。
2. 热电系数热电系数是指热电材料在一定温度下，温差单位下的电动势大小。
其公式为：S=ΔE/ΔT，其中S为热电系数，ΔE为电动势，ΔT为温差。
热电系数是表征热电材料性能的重要指标。
3. 热电导率热电导率是指热电材料在一定温度下，单位长度、单位面积及单位时间内的热流量。
其公式为：Q=κΔT/L，其中Q为热流量，κ为热电导率，ΔT为温差，L为长度。
热电导率越大，说明热电材料的传热性能越优秀。
4. 电导率电导率是指热电材料在一定温度下，单位长度、单位面积及单位时间内的电流。
其公式为：I=σΔV/L，其中I为电流，σ为电导率，ΔV为电势差，L为长度。
电导率越大，说明热电材料的导电性能越好。
二、热电材料的应用领域1. 热电制冷热电制冷是指利用热电材料的Peltier效应，在不需要机械运动和恶劣环境下实现冷却。
热电制冷具有结构简单、无振动、体积小等优点，可以用于微型冷却和电子器件的热管理。
2. 热电发电热电发电是指利用热电材料的Seebeck效应，将热能转换为电能的过程。
热电发电具有能源来源广泛、环境友好、安全可靠等优势，应用于太阳能、空气能、生物能等领域。
3. 热流测量热流测量是指利用热电材料的Seebeck效应，测量热流的强度和方向。
热流测量可以用于地热能、核能、火电等领域的测量。
热电材料的研究和应用
热电材料的研究和应用热电材料是指能够将热能转化为电能或将电能转化为热能的材料。
它主要由热导率、电导率和热电功率等特性决定。
这种材料广泛应用于太阳能、汽车、航空、电子设备、医学和通信系统等领域，因为它们可以有效地将废热转化为电能，从而提高能源利用率。
热电材料的研究和应用已有了很长的历史，最初的发明者是德国的Seebeck和法国的Peltier。
随着科技的发展，热电材料的性能也逐渐得到了提高，众多科学家们在这个领域进行了大量的研究和探索，取得了很多重要的进展。
一、热电材料的分类热电材料主要分为两类：测量与制冷。
其中测量类热电材料是指用于测量温度的热电元件，常见的有热电偶和热敏电阻。
制冷类热电材料是指用于废热回收和制冷的热电材料，主要有锗(PbTe)系列、硅(GeSi)系列、铋钋(BiTe)系列等。
二、热电材料的特点和应用热电材料具有以下几个特点：1.高性能：热电材料具有高的热电转换效率和提高能源利用率的能力；2.热电元件小巧、灵活：热电材料的热电元件体积小，便于安装；3.长寿命和高度稳定性：热电材料具有很强的耐高温性和长寿命；4.可循环发电：热电材料可循环利用，永不耗尽；由于热电材料具有这些优良的特性，所以得到了广泛的应用。
1.太阳能领域：热电材料可以将太阳能转化为电能，可以用于发电和储能。
例如，热电模块可以嵌入太阳能电池板中，提高太阳能电池板的效率。
2.汽车和航空领域：热电材料可以将汽车或航空器排放的废气中的热能转化为电能，从而提高能源利用率，降低污染。
3.电子设备和通信系统：热电材料可以用于电子元件的温度控制和测量，因为其灵活小巧的特性，可以嵌入到电子元件中。
4.医学领域：热电材料可以用于医学设备中，例如体温计。
热电元件灵敏度高，可以精确测量体温。
5.制冷领域：热电材料能够将热转移，将热流从低温处引入高温处，所以它可以作为吸收或排放制冷剂的替代品，实现低温制冷。
三、热电材料的发展热电材料的发展和应用能够带来很多潜在的经济效益和环保效益，因此，热电材料的研究和发展已成为科学家们关注的重点之一。
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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。
帕尔贴（Peltier） 的实验1834年
• 在热电回路的两个接头处，当电流I流过时将发生可逆的 热效应，即有∆QП的吸收或释放，其大小与电流I和流通 的时间∆t成正比，即
Q AB It
式,其大小等于接点处通过单位电荷时吸收或释放的热量. ПAB 的符号放热为负吸热 ПAB=ПA-ПB 式中 ПA、ПB分别为导体A、B的珀尔帖系数。 由于珀尔帖效应会使回路中一个接头发热,一个接头致冷。 实际上是赛贝克效应的逆效应。
• 热释电材料的种类 热释电材料有晶体和高聚物晶体两大类。 晶体 • 在32个点群中，也就是在32类晶体对称类型中， 有10类对称型的晶体有热释电效应。它可分为单 晶或陶瓷。这些热释电晶体又可分成两类， • 具有自发极化但自发极化不能为外电场所转向的 晶体，如电石、CaS、CaSe（硒）、Li2SO4،H20、 ZnO等，通常称它们为热释电晶体； • 自发极化可以为外电场所转向的晶体，即铁电晶 体，如TGS(硫酸三甘肽)、LiiNbO3、PbTiO3、 BaTiO3等。经过强直流电场的极化处理后，能从 各向同性体变成各向异性体。
• 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）。
热电材料
热电材料
• 热电材料就是把热转变为电的材料。 • 主要包括温差电动势材料、热电导材料和热释电 材料三大类。 • 1、温差电动势材料 • （1）赛贝克效应 • 由两种不同的导体(或半导体)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 克电动势。
3、热释电材料
• 热释电效应(pyroelectric effect ,1756年， 德国科学家Franz Ulrich Theodor Aepinus ) 热释电效应是指当某些晶体受温度变化影响 时，由于自发极化在晶体的一定方向上产生表面 电荷。这一效应称为热释电效应。热释电效应反 映了晶体的电量与温度之问的关系：
2、热电导材料（热敏材料）
• 热电导效应：当温度升高时，材料的电导率发 生较大变化的材料称为热电导材料。 • 热电导材料的特征值 电导率（电阻率）的温度系数 耗散系数H
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功率灵敏度єρ：
• 灵敏阈值：可测出电阻变化的最小(热 值)功：数量级在10-9 w左右。
热电发热电 利用塞贝克效应
热电致冷 利用帕尔贴效应
温差电(势)效率η
式中：
• 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。
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
热电导材料的种类
• 正温度系数材料：这类材料多数是半导性的金属
氧化物和过渡金属的复合氧化物。其特点是温度
增高，电导率增加。
• 负温度系数热电导材料：这类材料主要为掺杂半
导体陶瓷如镧掺杂的钛酸钡、锶陶瓷：掺杂半导
体陶瓷的电导率‘明显增加。当温度趋于临界温
度时，电导率急剧下降。
热电导材料的应用
• 热敏电阻等热敏元件：热敏电阻合金的电阻温度 系数要大，电阻值与温度呈线性关系，电阻值随 时间稳定性好。这类合金有钴、镍和铁基，用于 航空、航天器中的大气温度加热器、家用电器元 件。如电褥、屯贸斗、电烙铁等； • 热电导半导体材料：多数半导体的电阻率随温度 而变化。利用这个性质可以做半导体热敏器件， 如二极管温度敏感器件、半导体热敏传感器、红 外探测器元件、红外成像集成阵列等。
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 图），温差电动势会大大增 加。
温差电堆的示意图
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。
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。
碱金属，Co, Ni, Fe等 负汤姆逊热效应 Negative Thomson effect
•
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
AB TS AB
或
u A uB T
dS AB dT
应用
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 。
SAB为材料A和B的塞贝克系数：它是热电偶最重 要的特征量。当电流由热端T2经A流向冷端T1时 SAB为正，反之为负。 SA、SB—A、B材料的塞贝克系数。
汤姆逊热效应
若电流通过有温度梯度的导体在导体和周围环境之间将进 行能量交换,该效应称为汤姆逊效应。
在热电回路中流过电流I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∆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 uI dI t dx
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。
当电流通过一跟两端温度不同的导体（铅以外）时，若电流方向与热流方向一 致则会放出热量（电流产生的焦耳热之外），反之则会吸热。
Zn, Cu等 正汤姆逊热效应 Positive Thomson effect
制作热电转化器件：热电器件应用主要是作为温差发电和致 冷器，温差发电和致冷的工作原理虽不同，但它们的材料类 似，因此，统一成既能作为发电器或热束又可作为致冷器的 装置，虽成本高、效率低，但体积小、无振动、无噪声及易 控温，用于供电不方便的地方如高山、南极、月球等。
电脑CPU的散热器件
携带型冰箱，用 在汽车里 控热器件
有机高聚物晶体 • 聚偏二氟乙烯(PVDF)等热释电材料，其优 点是可制成大面积，且制造工艺简单，价 格低廉； • PVDF厚度越小．热释电系数越大。这类热 释电材料一般作成10-50μm厚的薄膜使用。 热释电材料的应用 热释电材料可作热释电探测器使用。其 中锆钛酸铅（Pb(Zr, Ti)O3）陶瓷材料，由 于改性减少了热滞，显示了良好的热释电 性能，已制成了单个探测器和矩阵，在红 外探测和热成像系统中得到应用。