热电转换材料ppt课件

1、第二节第二节 热电转换资料热电转换资料太阳辐射到地球的热可利用适当的资料进展热电转换加以太阳辐射到地球的热可利用适当的资料进展热电转换加以.热电转换资料还广泛运用于、制冷等方面热电转换资料还广泛运用于、制冷等方面.一一.热电效应热电效应热电效应：在用不同导体构成的闭合电路中，假设使其结合部位出现温度差，那么在热电效应：在用不同导体构成的闭合电路中，假设使其结合部位出现温度差，那么在此闭合电路中将有热电流流过，或产生热电动势，此景象称热电效应此闭合电路中将有热电流流过，或产生热电动势，此景象称热电效应热电效应有三种：热电效应有三种：塞贝克塞贝克(Seebeck)效应效应帕耳帖帕耳帖(Peltie

2、r)效应效应(Thomson)效应效应一塞贝克一塞贝克(Seebeck)效应：效应：11821年塞贝克年塞贝克(TJSeebeck)发现当两种发现当两种不同的金属不同的金属A、B组成组成回路，且两接触点的回路，且两接触点的温度不同时，在回路温度不同时，在回路中产生电流，这称为中产生电流，这称为塞贝克效应塞贝克效应当两接触点的温差较小当两接触点的温差较小时，回路中的电动势时，回路中的电动势EAB与温差有线性关系：与温差有线性关系： EAB =SAB TT两接触点的温差，两接触点的温差，SAB相对塞贝克系数，相对塞贝克系数，SAB = SA - SBSA 、 SB金属金属A 、金、金属属B的绝对塞

3、贝克系数的绝对塞贝克系数2将回路断开，在断开处将回路断开，在断开处a 、b间便出现一个电动势差，即间便出现一个电动势差，即VVb-Va，其极性和，其极性和量值与回路中的热电动势一致量值与回路中的热电动势一致二帕耳帖二帕耳帖(Peltier)效应：效应： 1834年帕耳帖年帕耳帖(J.C.A. Peltier)发现，当两种不同金属组成回路并有电流发现，当两种不同金属组成回路并有电流(不论是热不论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动电流的方向，那么吸、放热的接点也对调这

4、种在另一个接点处吸收热量改动电流的方向，那么吸、放热的接点也对调这种效应称帕耳帖效应称帕耳帖 (Peltier) 效应它满足下式：效应它满足下式：QAB = AB IQAB接点处吸收帕耳帖热的接点处吸收帕耳帖热的速率；速率； AB 金属金属A和和B间相对间相对帕耳帖系数；帕耳帖系数； I经过的电流经过的电流强度强度AB = A - B A 、 B 分别是金属分别是金属A和金属和金属B的绝对帕耳帖系数的绝对帕耳帖系数T1 - TT2 + TAB帕耳帖帕耳帖(Peltier)效应效应吸热吸热放热放热3三汤姆逊三汤姆逊(Thomson)效应效应1851年汤姆逊根据热力学实际，年汤姆逊根据热力学实际，

5、证明帕耳帖效应是塞贝克效应证明帕耳帖效应是塞贝克效应的逆过程并预测，当具有温的逆过程并预测，当具有温度梯度的一根均匀导体经过电度梯度的一根均匀导体经过电流时，会产生吸热和放热景象流时，会产生吸热和放热景象这就是汤姆逊这就是汤姆逊(Thomson)效应效应如右图：一根均匀的导体在某如右图：一根均匀的导体在某一点一点O加热至加热至T2温度，两端点温度，两端点P1 、 P2点温度一样且为点温度一样且为T1 图图(a)假设这均一的导假设这均一的导体构成回路图体构成回路图(b) ，当有，当有电流经过时，那么电流经过时，那么P1 、 P2点会点会出现温度差设汤姆逊热效应出现温度差设汤姆逊热效应产生的热吸收

6、率为产生的热吸收率为 qA(对于导对于导体体A)，那么，那么P1OP2热流热流恒温槽恒温槽T1T1T2热的传送热的传送P1OP2加热点加热点单一单一导体导体T1-TT1+TT2a)b)a)均匀导体构成温度差；均匀导体构成温度差；b)电流经过有温度差的导体电流经过有温度差的导体产生吸热和放热产生吸热和放热汤姆逊汤姆逊(Thomson)效应效应4 A导体导体A的汤姆逊系数；的汤姆逊系数；dT/dx导体温度梯度；导体温度梯度；j电流密度电流密度假设电流方向与热流方向一致那么放出热量假设电流方向与热流方向一致那么放出热量(电流产生的焦耳热之外电流产生的焦耳热之外)，反之那么吸热，反之那么吸热.现实上，

7、上述热电效应不仅存在于金属导体中，也存在于半导体中现实上，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金属的热电效应较弱，半导体的热电效应显著二二. 热电偶资料热电偶资料热电偶资料热电偶资料: 利用热电转换效应将温度信号转换成电信号利用热电转换效应将温度信号转换成电信号, 从而实现温度丈量的材从而实现温度丈量的材 料料.当当A、B两种导体构成图两种导体构成图55所示的回路时，按塞贝克效该当端点所示的回路时，按塞贝克效该当端点T1和和T2的温度不同时，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回路中产生热电势根据

8、热电势和温差的对应关系，测出电势即可得出温度.热电极资料：构成热电偶的导体热电极资料：构成热电偶的导体(或半导体或半导体)称为热电极资料称为热电极资料性能要求：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dxdTjqAA5热电极资料：热电极资料：铂铑合金铂铑合金NiCr10合金合金康铜等康铜等热电偶热电偶: 铂铑铂铑-铂铂, NiCr10-康铜康铜, Fe-康铜等康铜等.三热电转换资料三热电转换

9、资料热电转换资料：用于热电发电、热电制冷等方面的资料热电转换资料：用于热电发电、热电制冷等方面的资料热电资料与其它能源转换相比本钱高，效率低但在一些特定场所和条件下，运热电资料与其它能源转换相比本钱高，效率低但在一些特定场所和条件下，运用热电转换资料来获得能源非常必要用热电转换资料来获得能源非常必要热电转换元件任务原理：热电转换元件任务原理：6如以下图：如以下图：p型半导体资料的绝对塞贝克系数型半导体资料的绝对塞贝克系数Sp为正值、为正值、n型半导体资料的绝对塞贝克型半导体资料的绝对塞贝克系数系数Sn 为负值，为负值，A端温度为端温度为Tc、B端温度为端温度为Th 回路中经过电流为回路中经过电

10、流为I，电流由，电流由n型半导型半导体流向体流向p型半导体，由于帕耳帖效应在型半导体，由于帕耳帖效应在A端电极处吸热，在端电极处吸热，在B端电极处放热端电极处放热. 假设坚持电假设坚持电流、流、A端和端和B端温度不变，那么该电热元件由端温度不变，那么该电热元件由A端延续不断的从对象中吸热，由端延续不断的从对象中吸热，由B端放端放热，实现热电制冷热，实现热电制冷.A端端Tc B端端Th7资料资料当前运用和正在开发的热电转换资料半导体，按运用温度分，主要有三类：当前运用和正在开发的热电转换资料半导体，按运用温度分，主要有三类： (1)低温区低温区(300-400)：Bi2Te3、Sb2Te3 、

11、HgTe、Bi2Se3 、 Sb2Se3、ZnSb及它们的复合体及它们的复合体. (2)中温区中温区(700):PbTe、SbTe、Bi(SiSb2)、Bi2(GeSe)3等等. (3)高温区高温区(700)：CrSi2、MnSi1.73、FeSi2、CoSi等等.(一一)Bi2Te3-Sb2Te3系化合物系化合物Sb2Te3、Bi2Se3、Sb2Se3均属均属Bi2Te3化合物半导体，其晶体构造为菱面体点阵，属化合物半导体，其晶体构造为菱面体点阵，属C33构造。这些化合物可互溶且有较大的互溶度构造。这些化合物可互溶且有较大的互溶度.(二二)PbTe型化合物型化合物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型晶体构造。型晶体构造。该化合物的固溶范围很小该化合物的固溶