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小型熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)Mini-PEM
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產(chǎn)品介紹： 小型熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)Mini-PEM可測(cè)量熱電材料的產(chǎn)生的電量及熱電轉(zhuǎn)換效率η。熱電轉(zhuǎn)換效率η可以通過產(chǎn)生的電量和熱流來獲得（電量是通過四探針法獲得；熱流是通過熱流計(jì)獲得）。
產(chǎn)品點(diǎn)： ♦ 可以實(shí)現(xiàn)通過自動(dòng)測(cè)量熱流量和發(fā)電量來獲得熱電轉(zhuǎn) 換效率； ♦ 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)小型材料塊體2-10mm * 1-20mmH測(cè)量； ♦ 高溫面可以加熱到500℃； ♦ 操作簡(jiǎn)單； |
產(chǎn)品概念圖：
設(shè)備結(jié)構(gòu)：
樣品準(zhǔn)備與測(cè)試數(shù)據(jù)：
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分析軟件：
附：
熱電材料/器件測(cè)試設(shè)備
應(yīng)用方向：
♦ 發(fā)電量和熱流量的測(cè)量；
♦ 計(jì)算熱電材料模塊的熱電轉(zhuǎn)換效率；
♦ 測(cè)量單熱電材料發(fā)電量及熱流；
♦ 熱電材料性能和壽命評(píng)估。
參數(shù)配置：
| 可測(cè)內(nèi)容 | 熱電轉(zhuǎn)換效率，發(fā)電量，熱流量 |
| 在高溫面的可控溫度范圍 | 50-500℃ |
| 氣氛 | 真空 |
| 樣塊大小 | 方形2-10mm * 1-20mm |
應(yīng)用案例
■ 熱電材料的性能評(píng)價(jià)
熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是用材料的塞貝克效應(yīng)和佩爾捷效應(yīng)將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)，包括熱電發(fā)電和熱電致冷。這種技術(shù)具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、適用溫度范圍廣等點(diǎn)。它作為種殊電源和高精度溫控器件，在空間技術(shù)、軍事裝備、信息技術(shù)等高新技術(shù)域獲得了普遍應(yīng)用。盡管熱電材料具有如此多的點(diǎn)，有望在人類生活的各個(gè)方面發(fā)揮巨大的作用，但是目前現(xiàn)有的熱電材料的轉(zhuǎn)換效率還比較低，限制了熱電材料的廣泛應(yīng)用。在科研工作中通常使用熱電值（ZT值）來衡量熱電材料的轉(zhuǎn)換效率，為了有較高熱電值ZT，材料必須有高的塞貝克系數(shù)(S)，高的電導(dǎo)率與低的導(dǎo)熱系數(shù)。
近日，來自日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所（AIST）的科研人員使用日本ADVANCERIKO公司的小型熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)Mini-PEM評(píng)價(jià)了Bi2Te3合金的熱電性能。科研人員使用摻雜了Sb或Se的Bi2Te3合金制備了如圖1的單偶熱電器件來測(cè)量熱電轉(zhuǎn)換效率。
圖1a Mini-PEM樣品單元示意圖
圖1b Bi2Te3合金單偶熱電器件
當(dāng)熱端溫度為50℃、100℃、150℃、200℃和220℃時(shí)，分別測(cè)量各個(gè)溫度下冷卻循環(huán)水的進(jìn)口溫度與出口溫度，待溫度穩(wěn)定再后進(jìn)行電學(xué)測(cè)量（Voltage/Current），后分別繪制電壓、輸出功率、熱流量和熱電轉(zhuǎn)換效率與電流關(guān)系的曲線。（圖2）
圖2 電壓、輸出功率、熱流量和熱電轉(zhuǎn)換效率與電流的關(guān)系曲線
科研人員還使用了同樣是日本ADVANCERIKO公司產(chǎn)品的塞貝克系數(shù)/電阻測(cè)量系統(tǒng)ZEM-3和激光熱導(dǎo)儀分別測(cè)量了材料（來自同批次熱壓法制備的Bi2Te3合金）的熱電轉(zhuǎn)換參數(shù)（電阻率、熱導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)和熱電值ZT），結(jié)果見圖3。
圖3 材料的熱電參數(shù)：電阻率（a）、熱導(dǎo)率（b）、塞貝克系數(shù)（c）和熱電值（ZT）
由以上測(cè)量結(jié)果可以得知，電壓、功率、熱流量和熱電轉(zhuǎn)換效率均與電流相關(guān)。當(dāng)溫度差增加時(shí)，以上各項(xiàng)均增大。熱流量是通過測(cè)量冷卻循環(huán)水的進(jìn)出口溫度計(jì)算得到的。當(dāng)熱端溫度為220℃時(shí)，可以測(cè)得大的功率（0.14W）和熱電轉(zhuǎn)換效率（3.1%）。
參考文獻(xiàn)：
[1] XIAOKAI HU, KAZUO NAGASE, PRIYANKA JOOD, MICHIHIRO OHTA, and ATSUSHI YAMAMOTO. Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 44, No. 6, 2015.
發(fā)表文章
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3. X. Hu et al. / Journal of Electronic Materials Volume 44, pages 1785–1790
4. Y. Takagiwa et al. / ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 43, 48804–48810
用戶單位：
清華大學(xué)
南方科技大學(xué)
中國(guó)科學(xué)院物理研究所
昆明理工大學(xué)
太原理工大學(xué)
