ag掺杂ca2co2o5制备及其热电性能研究

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1、万方数据硕士学位论文1绪论1．3．1Seebeck效应Seebeck效应是由德国科学家塞贝克于1821年首先发现的。Seebeck效应是将两个不同材质的导体构成闭合的回路，当两导体的接触区域存在温度梯度时，闭合回路中将有电流通过的现象【19】。Seebeck效应是温差发电的理论基础。如图1．1所示，当一个金属或半导体两端的温度不同时(Tl

2、ck系数的单位为V／K。规定：当载流子类型为电子时，冷端为负，则S为负值：当载流子类型为空穴时，热端为负，则S为正值。图1-1Seebeck效应示意图Fig．1-1SchematicdiagramofSeebeckefficient从微观上看，Seebeck效应是由于导体内部载流子分布在温度梯度作用下发生了变化。当两端没有温差时，内部的载流子均匀分布。当两端存在温差时，两端的载流子具有的动能不同，热端比冷端动能更大，载流子由热端输运到冷端。由于冷、热两端的载流子浓度分布不均匀会使导体内部的平衡被打破。当内部载流子迁移达

3、到动态平衡时，导体的两端将产生电势差，此电势差被称为Seebeck电势。1．3．2Peltier效应1834年法国物理学家C．A．Peltier发现了热电材料的Peltier效应。当两种材质不同导体或半导体的接触点上有电流通过时，其中一个接触点会吸收热量，同时另一接触点会释放热量，如图1．2所示，这就是Peltier效应【19】。设接触点的吸热或放热速率为q，q与电流I成正比，比例系数为gAB，则关系式为：2万方数据硕士学位论文1绪论q=gABI(1-2)式中，"／tAB为Peltier系数(w／A)。当电流流向为从A

4、到B时，gAB取正，q>0；当电流流向为从B到A时，gAB取负，q<0。接触点的温度与导体材料的组成决定了gAB的大小。这种效应的微观本质是接触点两边材料内部载流子浓度和Fermi能级不同引起，当电流流过接触点时，为了保持电荷守恒和能量守恒，需要与外部环境发生能量交换。Peltier效应是一种典型的接点现象，只在两种不同材料的接触点有电流通过时才能观察到，这是因为回路中不同材料的电流密度是一样的，然而热导率却不一样。／吸热——一。一⋯⋯～～—■●电流方向图1-2Peltier效应示意图Fig．1-2Schematicd

5、iagramofPeltierefficient＼放热1．3．3Thomson效应当电流流过具有温度梯度的单一均匀导体时，在导体上不仅会产生焦耳热，还会放出或吸收外部环境的热量，这种现象就是Thomson效应。实验发现，在单位时间和体积内Thomson热与流经导体的电流及温度梯度成正比，比例系数为T，关系式为：—dq：=zIdT(1-3)dT式中，T为Thomson系数(V／K)。当回路中电流和温度梯度方向相同时，如果导体吸热，定义Thomson系数为正，反之为负。汤姆逊效应源于由温度梯度所引起的载流子能量差异。1．3

6、．4Kelvin关系式Seebeck系数S、Peltier系数兀和Thomson系数T三者之间的关系为：SAB=毗B／T(1-4)dSAB／dT=(h—TB)／T(1-5)万方数据硕士学位论文I绪论这个两个关系式是Thomson根据平衡热力学理论近似导出的，对这两个关系式的严格理论推导则需要运用非可逆热力学理论。从上述关系式可以得出，这三个热电效应是热流传导和电流传导之间的可逆的、交叉耦合的效应。1．3．5热电发电和热电制冷原理利用热电材料的Seebeck效应和Peltier效应可以分别实现热电发电和热电制冷。热电元件

7、是由两种P型和N型半导体材料组成，它们之间通过导流片连接起来。由于单个热电元件功率小，要满足实际工作要求，需要多个热电元件串联或并联成热电器件。图1—3和图1．4是热电元件的组成和工作原理图【7】。HeatsourceⅢⅢ图1-3热电发电模型【7]Fig．1．3Powergenerationmodel[7]RefrigerationActive

8、cod钠go—’■■■■■■●■■■■■■■■■■■■■■■r一图1-4热电制冷模型[7]№1-4Refrigerationmodel[7]图1．3为热电发电模型，当闭合回路中

9、存在温度差，假设热端为Tl，冷端为T2，由于Seebeck效应的作用，热能转化成电能，回路中产生热电势。图1．4为热电制冷模型，在回路上外接电源，电源产生的电流通过热电材料，由Peltier效应，元件的两端会发生吸热或放热现象，吸热端可用于制冷。1．3．6热电发电效率和制冷效率热电转换效率是能量转换器件最重要的衡量指标。对于上述的