第4章热电材料ppt课件.ppt

《第4章热电材料ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、热电材料YOURSITEHEREPPT大纲热电材料的定义、分类热电材料的特点、效应热电材料的制备热电材料的研究现状热电材料应用热电材料的未来发展热电材料的发展历史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。§4.1温差电动势材料§4.2热电导材料§4.3热释电材料4.1温差电动势材料一、温差电动势效应(温差热电效应)（一）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I通过，此回路称为热电回路。回路中出现的电流称为热电流。回路中的电动势EAB称为赛贝克

2、电动势。此效应称为赛贝克效应，即在具有温度梯度的样品两端会出现电压降。该效应成为了制造热电偶测量温度和将热能直接转换为电能的理论基础。如图4－1所示。图4－1赛贝克效应热回路中存在的热电动势为EAB。如图4－1（b）所示，将回路断开，在断开处a、b间便出现电势差∆V=Vab=Vb-VaSAB为材料A和B的赛贝克系数。SAB=SA-SBSA、SB为材料A、B的赛贝克系数EAB=SAB∆T∆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（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

3、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。1、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。1834年HeinrichLens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，冰融化成水，所谓的制冷效应。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，∆QП=ПABI∆t式中：I为通电的电流强度；ПAB为导体A和B的珀尔帖系数，

4、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；吸热为正。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。2、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，即式中μ称为汤姆逊系数，其代表单位电荷通

5、过单位温度梯度时所吸收（或释放）的热量。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ПAB≈TSAB或（三）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。三、温差电动势材料的种类1、合金常用的有铜镍、镍铬、镍铝、铂铑、金铁。2、半导体合金碲化铋、硒化铋、碲化锑、锑化铅等。3、化合物氧化物、硫化物、氮化物、硼化物和硅化物。四、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：一是用作热电偶

6、材料，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；二是制作热器件，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。4.2热电导材料热电导材料又称热敏材料，实际上是温敏材料。一、热电导效应当温度升高时，材料的σ发生较大变化的一类材料称为热电导材料。二、热电导材料的特征值1、电导率的温度系数它是热电导材料的重要参数。电导率的温度系数ασ表示式为2、耗散系数H式中：P为热敏材料中耗散的输入功率；TT为热敏材料的温度；T0为周围介质的温度。3、功率灵敏度ερερ的物理意义为降低热敏材料内的电阻率的1/100所需的功率值。4、灵敏阈值灵敏阈值

7、是可测出电阻变化的最小（热值）功。数量级在10-9W左右。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。4.3热释电材料一、热释电效应热释电效应是指当某些晶体受温度变化影响时，由于自发极化的相应变化而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间的关系，可用下式简单表示∆PS=p∆T式中：∆PS为自发极化强度差；

8、p为热释电