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1、2.12材料的热电性能(Thermoelectricity)在材料中存在电位差时会产生电流，存在温度差时会产生热流。从电子论的观点看，在金属和半导体中，无论是电流还是热流，都与电子有关。故温度差，电位差，电流，热流之间存在交叉联系，这就构成了热电效应。I三个基本热电效应塞贝克效应(1821年发现)珀耳帖效应(1834年发现)汤姆逊效应（1854年发现）材料的热电性能一，塞贝克效应(1821年塞贝克发现)一度的热电势：α=dE/dt=a+2bt+3ct2T1T2ε12金属：μV/℃半导体：mV/℃热电偶铂铑(Pt-13%Rh)-铂热电偶:可测1700℃高温；镍铬(Cr10%)-镍(A
2、l5%):高灵敏度随T线性变化(0~1000℃)；铜-康铜(60%Cu+40%Ni)热电偶:可测15K~RT甚至400℃；金钴合金-铜：<4K。热电偶材料在USA每年消耗几百吨。半导体温差发电特点：体积小，轻，简单，安静，可利用多种热源应用广：心脏起博器，石油井台，航海灯塔，无人岛屿观测站，航空飞行器等。高灵敏度测温。足以探测微弱的温差，红外辐射。逆效应：制冷机ε12T1T2温差电堆：1.接触电位差V12=(V2-V1)+(kT/e)ln(n1/n2),其中，V1和V2是金属12的逸出电位(逸出功)。T2V12(T1)V12(T2)T1V1(T1，T2)V2(T1，T2)对于1和2
3、两种金属组成的回路，若两端温度T1=T2，则ε12=V12(T1)-V12(T2)=0若T1≠T2，则ε12=V12(T1)-V12(T2)≠0n1n2+++---2.温差电位差V1(T1，T2)T1T2+++----FeFTT2V12(T1)V12(T2)T1V1(T1，T2)V2(T1，T2)温差导致热扩散力FT等于电场力Fe时：ε12=V12(T1)-V12(T2)+V2(T1，T2)-V1(T1，T2)前两项是两接头的接触电位差的差，后两项是两种金属上的温差电位差的差。两种金属以上回路的热电势加法定则:EA-B=EA-C+EC-BVCuFePt相加法则：EPt-Fe=Ept
4、-Cu+ECu-FeVPtPt-Rh微细试样测温示意图100˚C100˚C0˚C二，珀耳帖效应现象：电流方向与电势方向一致放热，反之吸热。解释：接触电势电子加速而放热；反之吸热。用途：金属热电偶的Peltir效应小，半导体热电偶的Peltir效应大，制冷温差可达150℃之多，尤其对小容量制冷相当优越，适用于各种小型恒温器适合于无声，无污染，无干扰等特殊场合。如宇航飞行器，人造卫星，红外线探测器等冷却装置上。+-++++----E++++----E放热吸热I三，汤姆逊效应1854年汤姆逊发现电流通过具有一定温度梯度的导体时，会有一横向热流流入或流出导体，方向视电流的方向和温度梯度而定
5、。+++---V高温T1低温T2T1+++---VIT2---Q放热Q放热+++VIT1T2Q吸热Q吸热影响热电势的因素一，合金元素的影响不同金属由于其电子逸出功和自由电子密度不同，热电势也不相同。纯金属热电势的排序(后者更负)：Si,Sb,Fe,Mo,Cd,W,Au,Ag,Zn,Rh,Ir,Ti,Cs,Ta,Sn,Pb,Mg,Al,Hg,Pt,Na,Pd,K,Ni,Co,Bi。在两根不同金属丝间串联另一种金属，只要串联金属两端的温度相同，则回路中产生的总热电势只与原有两种金属的性质有关，而与串联入的中间金属无关。形成半导体性质的化合物时，共价结合增强，会使热电势显著增强一，贵金属
6、的费密能大约6eV,而过渡族金属和它们的低浓度合金的“相当”费密能大约只有1eV。过渡族金属及其低浓度合金的热电势系数至少是一价贵金属的2倍。因此，过渡族金属及其合金做成的热电偶要比贵金属做的热电偶产生更大的热电势。而且，E与温度T的关系具有良好的线性。二，温度的影响:E=at+bt2+ct3,t为热端温度，冷端为0˚C。PtPt70Rh30三，合金化的影响绝对热电势：金属(或合金)与超导体成偶在超导临界温度以下测得的热电势ea固溶体合金：ea=ei+ρ0(eb-ei)/ρa,ei为附加热电势，eb为基体热电势，ρ0和ρa分别为基体金属和合金的电阻率。对低浓度固溶体合金正确。Mat
7、thiesen’srule:ρa=ρa+rcξ在形成连续固溶体时，热电势与浓度关系呈悬链式变化，但过渡族元素往往不符合这种规律。形成化合物时，其热电势会发生突变。具有半导体性质化合物由于共价结合的加强，热电势显著增加。四，组织转变同素异构转变：见Fe-Pt热电偶的热电势e(μV/K)20103004008001200A2A3A4t/˚C2).马氏体转变是无扩散转变，即钢的微观成分没有变化，但由于结构不同，热电性有较大的差别。如Ni30%合金钢，奥氏体:E=3.6μV/
