insb基化合物的制备及热电性能

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1、武汉理T大学硕士学位论文第1章未来5到10年，中国煤炭国内生产量基本能够满足国内消费量，原油和天然气的生产则不能满足需求，特别是原油的缺口最大。注重能源资源的节约，提高能源利用效率，加快可再生能源的开发利用，对于中国来说既重要又迫切。自从1821年赛贝克(Seebeck)效应被发现以来，温差发电技术的发展已经历了近两个世纪。但长期以来，由于受热电转换效率的制约和成本的限制，温差发电技术主要应用在航天和军事等尖端领域。近年来，一批高性能热电转换材料的出现，为温差发电技术在工业和民用产业的应用提供了可能。世界一些发达国家已先后开展了相关研究，尤其是日本

2、，温差发电技术被作为一种能源和环境的战略技术得到了大力支持和发展，在热电陶瓷转换材料方面，处于世界领先地位。我国的能源十分短缺，能源的利用率较低，节能降耗是进行可持续稳定发展的必由之路。目前，各种工业余热、汽车废热等仍没有得到有效利用，迫切需要新型能源利用技术以节约能源和提高效率。温差发电技术具有较多优点，在低品位热能利用方面具有独特的优势和良好的应用前景。其中采用热电转换效应将热能(包括太阳能、地热、工业余热等)转换成电能的热电转换技术的研究越来越引起材料科学与能源科学领域的科学家的高度重视。热电转换技术是利用半导体材料的Seebeck效应将热能

3、转换成电能的一种新的能源转换和发电技术【卜51。相比较于其它形式的发电技术，热电发电具有：装置结构简单、无任何机械传动部分、体积小、使用寿命长、可靠性高、无任何工作噪音、环境友好等一系列的优点。因此，热电转换技术作为一种新型的、环境友好型洁净的能源转换技术，有望广泛应用于大量而分散的低密度热能(如太阳热、工业废热、汽车尾气的排热及垃圾燃烧放出的热量)。1．2热电效应简介及应用1．2．1热电效应热电效应实际上是由温差引起的电效应和由电流引起的可逆热效应的总称，它包括Seebeck效应，Peltier效应和Thomson效应。早在1821年【4。71，

4、德国科学家Seebeck发现在锑与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2武汉理T大学硕十学位论文第1章料的赛贝克效应将热能直接转变为电能。如图1．1所示，对于有两种不同的导体构成的回路，在接点处存在温差时，整个回路中就会有电流流过。在回路开路时，开路两端出现的电势差，称作Seebeck电势圪6。此电动势只与接点的温差4圾材料本身相关。其比例系数％称为材料的Seebeck系数【6】。定义为：口曲(丁)：lim丝

5、(三：!±垒型(1．1)T1图1—1Seebeck效应的热电循环示意图Fig．1—1ThethermoelectriccirculationfigureofSeebeckeffect．Seebeck系数的单位为pVK～，可以为正也可以为负，主要取决于两种导体的传导特性。一般规定P型半导体热电材料的Seebeck系数为正，n型半导体热电材料的Seebeck系数为负。此效应主要应用于热电发电。1834年法国物理学家Peltier观察到当电流通过两个不同导体的节点时，在节点附近有温度变化，当电流从某一方向流经回路的节点时，节点会变冷，而当电流反向的时候，

6、结点温度会变热。此现象称为Peltier效应【．7’81，简单的讲就是通过此效应直接将电能转换为热能。Peltier效应表明在出时间内产生的热量锄与流过的电流成正比。其比例系数；ra6称为系数，g是传输的电荷：坦。aCIdt=7l"a6Idt=死6q(1—2)Peltier效应示意图如图1．2所示，此效应主要应用于热电制冷。1851年，Thomson发现当电流通过一个单一导体且该导体中存在温度梯度，就会有可逆的热效应产生，称为Thomson效应【9】，如图1．2所示。Seebeck效应和Peltier效应的产生都是对于有不同的金属导体组成的回路。T

7、homson效应则是发生在均一导体中的热电效应，即：当电流通过存在温度梯度的单一导体时，导体中除了焦耳热以外，还存在着可逆的放热和吸热效应。Thomson热与流过武汉理工大学硕十学位论文第1章导体的电流、经历的时间成正比。当温度梯度较小时：aO，：—rl—dtdx其中比例系数丁称为Thomson系数。这三个热电系数可以通过Kelvin关系式联系起来：万n，1仅0e豳f。一Zo口∞=——及——=——ElectricCurrentDirecUon·l-I_·-lI◆(1—3)(1-4)图1．2Peltier效应的热电循环示意图Fig．1-2Thethe

8、rmoelectriccirculationfigureofPeltiereffect．半导体热电效应主要是Seebeck