公司新闻


公司新闻

热电材料_图文_百度文库

日期:2020-02-06 15:12浏览次数:

  热电质料_质料科学_工程科技_专业材料。第七章 热电质料 一、热电质料 ? 所谓热电质料(Thermoelectric material)便是把热改革 为电的质料,蕴涵温差电动势质料,热电导质料和热 开释质料。 1 温差电动势质料 ?

  第七章 热电质料 一、热电质料 ? 所谓热电质料(Thermoelectric material)便是把热改革 为电的质料,蕴涵温差电动势质料,热电导质料和热 开释质料。 1 温差电动势质料 ? 温差电动势效应 塞贝克效应 (Seebeck effect) 塞贝克(T.J. Seebeck) 的实习,1821年 2 塞贝克效应 由两种区别的导体(或半导体)A, B构成的闭合回途, 当两接点维系正在区别温度T1, T2时,回途中将有电 流形成。此回途称热电回途。回途中映现的电流称 为热电流。回途中映现的电动势ΔEAB称为塞贝克 电动势。 回途中的电动势ΔEAB为可近似由下式给出: ΔEAB= SAB ΔT SAB 为相对塞贝克系数; ΔT为两接触点的温差 。 3 ? SAB为质料AB的塞贝克系数:它是热电偶最紧要的特色量。 当电流由热端T2经A流向冷端T1时SAB为正,秒速赛车彩票官方网站反之为负。 ? SA、SB—A、B质料的塞贝克系数。 4 温差电热效应 ? 正在热电回途中,与两接点间的温度差而惹起的塞贝克电动 势相反,通电时,正在回途中会惹起两种热效应,帕尔贴和 汤姆逊热效应。前者映现正在区别的两个电极的接头处;后 者映现正在一种导体的的两头上。 帕尔贴效应 汤姆逊效应 塞贝克,帕尔帖和汤姆逊热电三效应 5 帕尔贴效应(1834年,Peltier) 正在区别金属或半导体的两个接头处, 当电流流过期将发作可逆的热效应, 即有ΔQⅡ的招揽或开释(依电流的对象 而定),其巨细与电流和畅达的功夫Δt 成正比,即 帕尔贴(Peltier) 的实习1834年, ΠAB—帕尔贴系数。 因为帕尔帖效应,会使回途中一个 接头发烧,一个接头致冷。是塞贝克 效应的逆效应。 6 热电发烧 运用塞贝克效应 热电致冷 运用帕尔贴效应 7 汤姆逊热效应(Thomson effect) 当电畅达过一跟两头温度区别的导体(铅以表) 时,若电流对象与热流对象相仿则会放出热量 (电流形成的焦耳热以表),反之则会吸热。 Zn, Cu等 碱金属,Co, Ni, Fe等 正汤姆逊热效应 Positive Thomson effect 负汤姆逊热效应 Negative Thomson effect 8 汤姆逊热效应 正在热电电途中流过电流时,正在存正在温度梯度dT/ dx的导体上 也将映现可逆的热效应,是放热如故吸热,依温度梯度和电流的 对象而定热效应的巨细ΔQT, (μ称为汤姆逊系数) 汤姆逊又将两种温差电热效应的系数与温差热电效应的 塞贝克系数相干起来获得汤姆逊干系式 9 ? 接点—介质温差效应 用半导体和两种区别金属连结成一个回途(半 导体正在两金属中央)并使半导体温度大于介质温 度,即可形成电动势,这也是一种温差效应。 ? 温差电(势)效劳η 10 三种效应比力 效应名 效应实质 可逆性 使用 两种金属构成的回途,若接触点温 塞贝克效应 两种质料的接点 有 热电偶 度区别回途中形成电流 帕尔贴效应 两种质料的接点 汤姆逊效应 一种导体 平均的温度分散,若回途中有电流 有 则接触部有吸热或放热 一种金属的两头有温度梯度时,若 有 有电流,就会有放热火吸热 帕尔贴器件 质料品种 11 温差电动势质料的品种 ? 合金:常用的热电极质料中,合金类占很大比例 ? 半导体合金 ? 化合物:氧化物、硫化物、氮化物、硼化物和硅 化物。 12 ? 温差电动势质料的使用 温差电动势质料合键使用正在两个方面:一方面创造热电偶用 于测温,这方面使用的质料合键是高纯金属和合金质料;另一方 面热电转换质料(可创造温差电堆),用来发电或做致冷器,这 类器件所用的质料合键是高掺杂半导体质料。 温差电动势的巨细与两种金属质料的性 质相合,也与温度差T1-T2的巨细相合。 正在平凡环境下,温差电动势惟有1-10 毫伏数目级,假使把多个温差电偶遵守 相似按序串接成温差电堆(右侧示意 温差电堆的示希图 图),温差电动势会大大增补。 13 热电偶(thermocouple )是温度丈量仪表中常用的测温 元件,是由两种区别因素的导体两头接合成回途时,当 两接合点 热电偶温度区别时,就会正在回途内形成热电 流。 14 热电偶质料:热电偶品种良多,已研造的组合热电偶 质料近300种,仍旧模范化的15种,工业上普及使用 的8种,有相应标推代号。 常用的热电偶的种别 热电偶种别 铂铑30-铂铑6 铂铑10-铂 镍铬-镍硅 镍铬-康铜 铂铑13-铂 代号 WRR WRP WRN WRE WRB 分度号 B S K E R 测温限度 0-1800℃ 0-1600℃ 0-1300℃ 0-800℃ 0-1600℃ 许可差错限 ± 0.25%t ± 0.25%t ± 0.75%t ± 0.75%t ± 0.25%t 15 16 ?创造热电转化器件:热电器件使用合键是举动温差发 电和致冷器,温差发电和致冷的事业道理虽区别,但它 们的质料好似,因而,同一成既能举动发电器或热束又 可举动致冷器的装备,虽本钱高、效劳低,但体积幼、 无振动、无噪声及易控温,用于供电不轻易的地方如高 山、南极、月球等。 控热器件 宇宙探测卫星的电 源。运用原子炉的 热能发电 率领型冰箱, 用正在汽车里 电脑CPU的散热器件 17 18 热门转换质料的查究近况 公认的热电质料有Bi2Te3,PbTe,SiGe等。这些质料 拥有的ZT=1,变换效劳跨越10%的高本能。然则有耐 热,耐氧化性差,原料贮藏少,对情况有污染等题目。 热电质料央求导电率σ和Seebeck系数S要大,热传导 率要幼。固体中输送电荷的电子同时输送热。由于热电 率对应单元载流子输送的熵,载流子密度的增大能够使 σ变大,然则S变幼。也便是说,断定热电本能三个物 性维系彼此拘束的形态。 2007年Ohta(太田 ,名古屋大学)告捷的合成了 SrTiO3化合物的人为超格子的2维电子气(2DEG),得 到了高本能的热电质料(ZT=2.4) 19 2、热电导质料(热敏质料) ? 热电导效应:当温度升高时,质料的电导率发 生较大转移的质料称为热电导质料。 ? 热电导质料的特色值 ① 电导率(电阻率)的温度系数 ② 耗散系数H 20 功率机灵度?ρ 机灵阈值:可测出电阻转移的最幼(热值)功:数目级正在 10-9 w支配。 21 热电导质料的品种 正温度系数质料(PCT):这类质料无数是半导性的金 属氧化物和过渡金属的复合氧化物。其特征是温度 增高,电导率增补。 负温度系数热电导质料(NCT):这类质料合键为掺杂 半导体陶瓷如镧掺杂的钛酸钡、锶陶瓷:掺杂半导 体陶瓷的电导率‘彰着增补。当温度趋于临界温度 时,电导率快速降落, 22 热电导质料的使用 ? 热敏电阻等热敏元件:热敏电阻合金的电阻温度 系数要大,电阻值与温度呈线性干系,电阻值随 功夫稳固性好。这类合金有钴、镍和铁基,用于 航空、航天器中的大气温度加热器、家用电器元 件。如电褥、屯贸斗、电烙铁等; ? 热电导半导体质料:无数半导体的电阻率随温度 而转移。运用这本性子能够做半导体热敏器件, 如二极管温度敏锐器件、半导体热敏传感器、红 表探测器元件、红表成像集成阵列等。 23 3、热释电质料 ? 热释电效应(pyroelectric effect ,1756年, 德国科学家Franz Ulrich Theodor Aepinus ) 热释电效应是指当某些晶体受温度转移影响 时,因为自觉极化正在晶体的肯定对象上形成表貌 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问的干系 24 ? 晶体中存正在热释电效应的条件是拥有自觉极化, 晶体机合的某些对象的正负电荷重心不重合,故 存正在固有电矩。 ? 晶体机合中存正在着与其它极轴不相似的惟一极轴 (极化轴)时,如此才有大概因热膨胀而惹起总电 矩的转移,即映现热释电效应。 ? 假使正在晶体两头连结一负载Rn,则会形成电位差 Δ V(热释电)。 25 26 ? 热释电质料的品种 热释电质料有晶体和高聚物晶体两大类。 晶体 ? 正在32个点群中,也便是正在32类晶体对称类型中,有10类对 称型的晶体有热释电效应。它可分为单晶或陶瓷。这些热释 电晶体又可分成两类, ? 拥有自觉极化但自觉极化不行为表电场合转向的晶体,如电 石、CaS、CaSe(硒)、Li2SO4?H20、ZnO等,平凡称它 们为热释电晶体; ? 自觉极化可认为表电场合转向的晶体,即铁电晶体,如 TGS(硫酸三甘肽)、LiiNbO3、PbTiO3、BaTiO3等。颠末强 直流电场的极化处置后,能从各向同性体形成各向异性体。 27 有机高聚物晶体 ? 聚偏二氟乙烯(PVDF)等热释电质料,其甜头是可 造成大面积,且创造工艺简陋,价值低廉; ? PVDF厚度越幼.热释电系数越大。这类热释电 质料普通作成10-50μm厚的薄膜操纵。 28 热释电质料的使用 热释电质料可作热释电探测器操纵。此中锆钛 酸铅(Pb(Zr, Ti)O3)陶瓷质料,因为改性省略了 热滞,显示了杰出的热释电本能,已造成了单个 探测器和矩阵,正在红表探测和热成像体例中获得 使用。 29 热电质料的使用 热电发电 30 绿色能源: 1.体积幼 2.重量轻 3.机合简陋 4.坚硬耐用 5.无需运动部件 6.无磨损 7.无噪音 8.无污染 热电致冷 31