中国材料学会,热电分会

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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划中国材料学会,热电分会　　热电材料科学进展及其对当代社会发展的　　影响及启示　　摘要：热电材料是热-电能量转换的基础。其研究与发展已历经一百多年，特别是在1955-1965的10年间，国际上热电材料的研究曾达到高潮。随后由于高效率氟利昂压缩机的发现及应用等原因，热电材料经历了30多年的冷落期，然而自上世纪90年代，国际上又重新燃起了寻找新的高效热电材料的战火，任何技术上的突破将会对工业及环境产生巨大影响。　　1引言目的-通过

2、该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　早在19世纪初，法国物理学家就发现了金属中的热电效应，即将两种材料组成圆环的两个接头置于不同的温度环境中，该环状导体中将产生电动势，这是热传导与电传导之间的两场耦合效应，亦称为温差发电效应。随后，Peltier与Tomson发现了热电材料的其他两种效应，即电子致冷效应与Tomson效应。基于这些耦合效应，可

3、用热电材料及器件实现热电之间的转换，把热能直接转换为电能；或反之，利用热电材料的Peltier效应产生热电致冷。因此，自热电材料发现伊始，科学家与工程师们便大力挖掘热电材料在发电、致冷、恒温控制与温度测量等领域的应用。其中，广泛用于温度测量的热电偶是热电科学应用中最成功最经典的例子[1,2]。　　2热电材料科学研究的发展历程　　热电材料科学初期的艰难进展　　自1823年热电效应发现至今已有一百多年的历史。利用简单合金制作热电偶测量温度及辐射能已得到了极其广泛的应用，然而热电偶的应用仅仅是将热能转换成电信号，而不是用于热电发电。在190

4、9年，Altenkirch建立了热电发电与制冷理论，提出了热电材料性能由它的优值(Figureofmerit)Z来表征，Z值越大则转换效率越高。实际工作中也常使用无量纲因子ZT的概念，ZT值主要由三个参数来表征，要求具有高的Seebeck系数(a)和电导率(σ)、低的热导率(k)，如下式:　　ZT=a2*σ*T/k目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人

5、素质的培训计划　　最初热电材料的研究仅限于金属，但金属材料的Seebeck系数a很小，故转换效率极低(约1％)，致使热电发电应用方面的研究一直没有实质性的进展。直到上个世纪50年代，前苏联物理学家Abramloffe发现半导体掺杂后具有比金属高出几个数量级的Seebeck系数a，从而掀起来一股世界范围的热电材料研究热潮。在这段研究期间，对纵多的半导体和合金体系的热电性能进行了研究，发现碲化铋(在室温)是最好的热电材料，它的优值ZT约为1。但即便如此，其转换效率仅为家用氟利昂压缩　　机制冷效率的1/3，这使Loffe最初将热电材料应用于

6、家用电冷箱的设想变的不切实际。为了成功地与其他换能系统竞争，热电材料的ZT值必须提高至～3[2]。　　尽管研究初期开发的热电材料转换效率低下，但由于热电器件的系列优点，如无移动部件、结构紧凑、无工作噪声、无污染、无振颤、安全不实效等，使得热电材料与器件在少数尖端高科领域得到了成功的应用。例如，1977年美国发射的旅行者号飞船中即安装了1200多个热电发电器，这些装置为飞船上的无线电系统、罗盘等科学仪器提供稳定长寿的动力源。目的-通过该培训员工可对保安行业有初步了解，并感受到安保行业的发展的巨大潜力，可提升其的专业水平，并确保其在这个行

7、业的安全感。为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划　　由于热电转换的独特优点，西方发达国家和前苏联的科学家一直进行艰辛的探索，也总结出来了不少研究成果，表明a、σ和k三个参数均为温度的函数，三者相互关联互为约束，仅可在半导体中通过适当掺杂等办法优化材料结构。受当时半导体制备工艺水平的限制，当时的研究思路还仅停留在“掺杂工程”层面，尽管如此，根据理论原则进行选择并经实验结果论证，不少同时具有高的迁移率、载流子有效质量和低的晶格热导率(在此仅考虑晶格热导，因为电子热

8、导与电导率呈正比关系)的半导体热电体系相继被发现，如适合中温区间的碲化铅、适于高温使用的硅锗合金等，另外非常规半导体如，极化子半导体n型FeSi2和富硼化合物等也具有较优良的热电性能。　　在长期不懈的努力下尽管有了上述一