《《热电转换材料》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《热电转换材料》PPT课件.ppt（9页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第二节 热电转换材料,太阳辐射到地球的热可利用适当的材料进行热电转换加以利用.热电转换材料还广泛应用于温度测量、制冷等方面.一.热电效应热电效应：在用不同导体构成的闭合电路中，若使其结合部位出现温度差，则在此闭合电路中将有热电流流过，或产生热电动势，此现象称热电效应热电效应有三种：塞贝克(Seebeck)效应帕耳帖(Peltier)效应汤姆逊(Thomson)效应（一）塞贝克(Seebeck)效应：,1821年塞贝克(TJSeebeck)发现当两种不同的金属A、B组成回路，且两接触点的温度不同时，在回路中产生电流，这称为塞贝克效应当两接触点的温差较小时，回路中的电动势EAB与温差有线性关系：E
2、AB=SAB TT两接触点的温差，SAB相对塞贝克系数，SAB=SA-SBSA、SB金属A、金属B的绝对塞贝克系数,将回路断开，在断开处a、b间便出现一个电动势差，即VVb-Va，其极性和量值与回路中的热电动势一致（二）帕耳帖(Peltier)效应：1834年帕耳帖(J.C.A.Peltier)发现，当两种不同金属组成回路并有电流(不管是热电流还是外加的电流）在回路中流过时，在两种金属的一个接点处放出热量，而在另一个接点处吸收热量改变电流的方向，则吸、放热的接点也对调这种效应称帕耳帖(Peltier)效应它满足下式：QAB=AB IQAB接点处吸收帕耳帖热的速率；AB 金属A和B间相对帕耳帖系
3、数；I通过的电流强度AB=A-B A、B 分别是金属A和金属B的绝对帕耳帖系数,吸热,放热,（三）汤姆逊(Thomson)效应1851年汤姆逊根据热力学理论，证明帕耳帖效应是塞贝克效应的逆过程并预测，当具有温度梯度的一根均匀导体通过电流时，会产生吸热和放热现象这就是汤姆逊(Thomson)效应如右图：一根均匀的导体在某一点O加热至T2温度，两端点P1、P2点温度相同且为T1（图(a)）如果这均一的导体构成回路（图(b)），当有电流通过时，则P1、P2点会出现温度差设汤姆逊热效应产生的热吸收率为 qA(对于导体A)，则,A导体A的汤姆逊系数；dT/dx导体温度梯度；j电流密度若电流方向与热流方向
4、一致则放出热量(电流产生的焦耳热之外)，反之则吸热.事实上，上述热电效应不仅存在于金属导体中，也存在于半导体中.金属的热电效应较弱，半导体的热电效应显著二.热电偶材料热电偶材料:利用热电转换效应将温度信号转换成电信号,从而实现温度测量的材 料.当A、B两种导体构成图55所示的回路时，按塞贝克效应当端点T1和T2的温度不同时，回路中产生热电势根据热电势和温差的对应关系，测出电势即可得出温度.热电极材料：构成热电偶的导体(或半导体)称为热电极材料性能要求：热电势大，热电势随温度呈单调函数变化，熔点高、抗高温氧化性和抗环境介质腐蚀，热电特性稳定，有良好的加工性能及机械强度等,热电极材料：铂铑合金Ni
5、Cr10合金康铜等热电偶:铂铑-铂,NiCr10-康铜,Fe-康铜等.三热电转换材料热电转换材料：用于热电发电、热电制冷等方面的材料热电材料与其它能源转换相比成本高，效率低但在一些特定场合和条件下，使用热电转换材料来获得能源十分必要热电转换元件工作原理：,如下图：p型半导体材料的绝对塞贝克系数Sp为正值、n型半导体材料的绝对塞贝克系数Sn 为负值，A端温度为Tc、B端温度为Th 回路中通过电流为I，电流由n型半导体流向p型半导体，由于帕耳帖效应在A端电极处吸热，在B端电极处放热.若保持电流、A端和B端温度不变，则该电热元件由A端连续不断的从对象中吸热，由B端放热，实现热电制冷.,材料当前使用和
6、正在开发的热电转换材料（半导体），按使用温度分，主要有三类：(1)低温区(300-400)：Bi2Te3、Sb2Te3、HgTe、Bi2Se3、Sb2Se3、ZnSb及它们的复合体.(2)中温区(700):PbTe、SbTe、Bi(SiSb2)、Bi2(GeSe)3等.(3)高温区(700)：CrSi2、MnSi1.73、FeSi2、CoSi等.(一)Bi2Te3-Sb2Te3系化合物Sb2Te3、Bi2Se3、Sb2Se3均属Bi2Te3化合物半导体，其晶体结构为菱面体点阵，属C33结构。这些化合物可互溶且有较大的互溶度.(二)PbTe型化合物PbTe系化合物既可作为合金，也可当作半导体。具有离子键结合的NaCl型晶体结构。该化合物的固溶范围很小.,(三)FeSi2型化合物 FeSi2化合物的晶体结构为四方点阵，该化合物的固溶范围很小，纯的FeSi2化合物是本征半导体.上述(一)、（二）、（三）类化合物通过调整化学成分或掺杂可制成P型或N型半导体.,
