材料的热电性质(1)
热电材料的热电性能研究与应用
热电材料的热电性能研究与应用随着科技的不断进步，热电材料作为一种新型新兴材料，开始被广泛研究和应用。
热电材料的热电性能是热电材料最重要的性能指标之一，对于热电材料的研究和应用具有非常重要的意义。
本文将围绕热电材料的热电性能展开论述，主要内容包括热电材料的基础知识、热电材料的分类、热电材料的热电性能及其测试方法、热电材料的应用研究进展和未来发展趋势。
一、热电材料的基础知识所谓热电效应，是指在两个不同材料之间，当其中一种材料处在温差场中，就会产生电压，这种现象就是热电效应。
热电材料是一类具备热电效应的材料，其中最常见的是热电元件。
热电元件是将两种不同材料连接在一起，形成一个电路的元件。
热电材料的应用领域很广泛，包括热能转换、温度检测、温度控制等方面。
二、热电材料的分类根据热电材料的性质、成分和应用，可以将其分为多种不同的类型。
其中最常见的有：1. 半导体热电材料：半导体热电材料是目前最常见的一种热电材料。
这种材料的基本结构是一个p型半导体和一个n型半导体相连，两个半导体的接触面就是电极。
半导体热电材料的工作原理是在温差条件下，由于p型半导体和n型半导体结构不同，会出现电子在两个半导体之间的漂移现象，进而产生热电效应。
2. 金属热电材料：金属热电材料是指由金属和合金组成的热电材料。
这种材料的热电效应主要是由于金属中的自由电子和热运动产生的电荷移动引起的。
金属热电材料的优点是工作温度高、热电性能优越、稳定性好等。
3. 聚合物热电材料：聚合物热电材料是近年来新兴的一种热电材料。
这种材料的优点是柔性好、制备过程简单、成本低等。
聚合物热电材料常用于温度监测、人体温度检测等领域。
三、热电材料的热电性能及其测试方法热电材料的热电性能是热电材料的重要指标之一，也是评价热电材料优劣的关键。
热电材料的热电性能指标主要包括热电势、热电伏特系数、热电导率和热电功率因子等。
热电材料的热电性能与材料的类型、成分、结构等因素密切相关。
第三章 热电性能分析
四，组织转变
1) 同素异构转变：见Fe-Pt热电偶的热电势
30 20 10 e (μV/K) A2 A3
A4
0
400
800
热电偶材料在USA每年消耗几百吨。
温差电堆：
T1
T2
• 半导体温差发电 特点： 体积小， 轻，简单，安静，可利用多种热源 应用广：心脏起博器，石油井台，航海灯塔， 无人岛屿观测站，航空飞行器等。 高灵敏度测温。足以探测微弱的温差，红外辐 射。 • 逆效应：制冷机
ε12
1. 接触电位差
V12=(V2-V1)+(kT/e)ln(n1/n2), 其中，V1和V2是金属12的 逸出电位(逸出功) 。
测量微小热电势装置的示意图
ΔT
ΔE
恒温槽
热电性分析的应用
一，铝合金的时效 试样：Al88Mg4Zn8;淬火态得到过饱和的固溶体组织。
不同温度时效30分钟。
热电偶：时效态试样G1+该合金经275度完全退火态G2。 50度以下冷时效：Mg和Zn发生偏聚，形成G.P.区。 50~275度温时效：析出Al2Mg2Zn3相，固溶体正常分解。 300度时效：多余的析出相重新回溶，合金元素增多导
塑性形变的影响
加工硬化使热电势值增大；加工硬化的铁与退火态 的铁成偶，前者为负，后者为正。 队固溶体合金进行冷形变，由于形变直接或间接引 起脱溶，析出或马氏体转变时，将导致合金热电势 发生相应变化。
钢的含碳量及热处理的影响
压力的影响:
• 如测量100度温差的铜-康铜热电偶，在压力从零升到 1。2×109Pa的过程中，0~100度范围内热电势的平均 变化率为：3 ×10-10PμV· ˚C-1· Pa-1 • 压力引起原子大小及其间距在电压下发生了变化，提 高了费米面，改变了能带结构，从而影响扩散热电势。 其次，高压改变了声速，声子极化以及电子-声子的 交互作用，从而影响热电势。这些因素只在高压下需 要考虑，一般情况可以忽略。
第七章 木材的热、电性质
第八章 木材的环境学特性
第一节 木材的视觉特性
一 木材的反射特性 二 木材的视觉特性 （一）木材的颜色 （二）透明涂饰 （三）木纹图案和节子 （四）木材对的冷暖感 二 木材表面的粗滑感 （一）粗糙度与粗糙感 （二）光滑行与摩擦阻力 三 木材表面的软硬感 四 木材触觉特性的综合分析
四 热膨胀 五 木材的耐热性和热分解 六 热对木材材质的影响
第二节 木材的电学性质
一 木材的直流电传导 （一）电阻率和电导率 电阻率表示单位长度、 电阻率表示单位长度、单位截面积的均匀导线的 电阻值，其倒数称电导率。 电阻值，其倒数称电导率。 影响电阻率和电导率的因素有：木材含水率、 影响电阻率和电导率的因素有：木材含水率、温 密度、纹理结构、化学组分。 度、密度、纹理结构、化学组分。 （二）木材的导电机理 （三）利用木材直流电传导性测定木材含水率
6 声强级：声音的强度进行比较时用声强级， 声音的强度进行比较时用声强级， 一个声音的声强级是指将它的强度与听阈的强度相 比之后再取其常用对数的10倍 比之后再取其常用对数的 倍，即 β=10log10I/I0 (dB) 式中： 式中： β—强度为 的声音用分贝表示的强度级 强度为I的声音用分贝表示的强度级 强度为 的声音用分贝表示的强度级(dB) ； I—声强度（ w/cm2 ）； 声强度（ 声强度 I0—听阈强度，为1×10-16 w/cm2 。 听阈强度， 听阈强度 × 按分贝计，人耳听阈的声强级为0dB ，痛阈的声 按分贝计，人耳听阈的声强级为 强级为120dB 。 强级为
木材对声的反射、 三 木材对声的反射、吸收和透射 （一）反射 （二）吸收和透射 木材的吸音性能用吸声系数表示， 木材的吸音性能用吸声系数表示，它是吸收和透 射的声能与入射的声能之比的百分数。 射的声能与入射的声能之比的百分数。 （三）隔声 木材的隔声性能用隔音量表示， 木材的隔声性能用隔音量表示，它指透射的声强 度损失的分贝数。单层墙的隔音量D取决于墙的重 度损失的分贝数。单层墙的隔音量 取决于墙的重 量和声音的频率： 量和声音的频率： D = 20 log10 (0.004 w f ) (dB) 式中：w—单位面积墙的重量（ Kg/m2 ）； 式中： 单位面积墙的重量（ 单位面积墙的重量 f —频率（ Hz ）； 频率（ 频率 D—隔音量（声透射的强度损失） (dB) 。 隔音量（ 隔音量 声透射的强度损失）
热电材料的性质及应用
热电材料的性质及应用热电材料是一种能够将热能转化为电能，或者将电能转化为热能的材料。
这种材料具有非常重要的应用价值，可以在能源领域、电子技术领域、传感器领域等多个领域发挥作用。
本文将从热电材料的性质和应用两个方面进行介绍。
1. 热电材料的性质热电材料的热电效应可以分成两种类型：Seebeck效应和Peltier效应。
Seebeck效应是指在温度差的作用下，导体中的电子向低温区域不断扩散，从而形成了一种“热电势差”。
此时如果连接一个电阻，就可以利用热电效应来实现热电能的转化。
比较常见的热电材料有铜、铁、金、铂等。
在具体应用的过程中，需要根据具体的需求来选择材料。
Peltier效应则是指在电流的作用下，热电材料中的电子会不断地吸收和释放热能，从而形成热冷颠倒现象。
在实际应用中，可以将Peltier效应用于温度控制领域，在低温环境制冷，高温环境制热。
除了上述两种效应之外，热电材料还需要具备一些特殊的属性，比如较高的热电系数、较低的电性能量、充分的电子迁移性、良好的热传导性等等。
这些特殊的属性都是热电材料能够实现热电转换的重要基础。
2. 热电材料的应用由于热电材料的高效率转换，以及对环境友好的特点，热电材料可以应用于各种领域，包括能源、电子技术、传感器、航空航天领域等等。
在能源领域，热电技术可以将废热转化为电能，并为各种便携式设备提供能源支持，比如远程探测器，智能手表，以及GPS 导航仪等。
在电子技术领域，热电设备可以应用于半导体材料的温度控制，在芯片制造等领域起到了非常重要的作用。
同时，还可以利用热电设备来实现能量的回收，提高设备工作效率。
在传感器领域，热电技术可以应用于气体传感器、温度计、湿度计等等，还可以用于热成像等技术。
在航空航天领域，则可以利用热电材料来制造能够适应极端环境下电源的装置，比如航空器的火星探测车。
由于热电设备具有基本无噪音、无污染等特点，适用于太空环境和其他特定环境下的应用。
总之，热电材料是一种非常重要的材料，具有广泛的应用前景。
设计材料化学知识点总结
设计材料化学知识点总结1. 材料的热力学性质在材料化学中，热力学性质是研究材料的物理性质和化学性质之间相互关系的一个重要部分。
热力学性质包括热容、热导率、热膨胀系数等。
热容是指物质在吸热或放热过程中所需要的热量，可以用于描述材料的热稳定性和热传导性。
热导率是指材料在热量传导过程中的导热能力，可以用于描述材料的热传导性能。
热膨胀系数是指材料在温度变化时的线性膨胀系数，可以用于描述材料的热膨胀性能。
了解材料的热力学性质可以帮助人们选择合适的材料，并设计出具有特定热稳定性、热传导性和热膨胀性能的材料。
2. 材料的结构性质材料的结构性质是指材料在原子、分子或离子水平上的结构特征。
包括晶体结构和非晶结构。
晶体结构是指材料中的原子、分子或离子按照一定的规则排列形成的有序结构，具有明确的晶体学特征。
非晶结构是指材料中的原子、分子或离子排列是无序的，没有明确的晶体学特征。
了解材料的结构性质可以帮助人们理解材料的物理性质和化学性质，并为材料的设计和制备提供重要的理论基础。
3. 材料的电化学性质材料的电化学性质是指材料在电场作用下的特性。
包括电导率、电化学稳定性、电化学活性等。
电导率是指材料在电场作用下的导电能力，可以用于描述材料的导电性能。
电化学稳定性是指材料在电化学反应过程中的稳定性，可以用于描述材料的防腐蚀性能。
电化学活性是指材料在电化学反应中的活性能力，可以用于描述材料的催化性能。
了解材料的电化学性质可以帮助人们设计和制备具有特定导电性能、防腐蚀性能和催化性能的材料。
4. 材料的表面性质材料的表面性质是指材料表面的物理和化学特性。
包括表面能、表面粗糙度、表面形貌等。
表面能是指材料表面吸附能力的大小，可以用于描述材料的表面活性。
表面粗糙度是指材料表面的粗糙程度，可以用于描述材料的表面质量和功能性。
表面形貌是指材料表面的形状和结构特征，可以用于描述材料的外观和几何形状。
了解材料的表面性质可以帮助人们设计和制备具有特定表面活性、表面质量和表面几何形状的材料。
单晶硅片的热电力学性质和能量转换研究
单晶硅片的热电力学性质和能量转换研究单晶硅片是一种重要的半导体材料，被广泛应用于电子、光伏和能源领域。
在研究单晶硅片的的热电力学性质和能量转换时，我们需要探索其热传导性能、热膨胀系数和能带结构等关键特性，以及如何优化能量转换效率和提高设备性能。
本文将重点讨论单晶硅片的热电力学性质和能量转换研究。
首先，让我们来了解单晶硅片的热电力学性质。
热导率是衡量物质传导热量的能力的重要参数，也是评估单晶硅片导热性能的关键指标之一。
研究发现，单晶硅片的热导率随温度的升高而降低，这是由于晶格振动的散射效应。
此外，晶格缺陷、杂质和晶体结构也会对热导率产生影响。
了解单晶硅片的热导率特性对于热管理和散热设备的设计至关重要。
其次，单晶硅片的热膨胀系数也是研究的重点。
热膨胀系数描述了物质大小随温度变化的能力。
对于单晶硅片的应用来说，热膨胀系数的稳定性至关重要。
当硅片受热膨胀或冷缩时，其结构可能发生变化，导致设备的性能下降或损坏。
因此，研究单晶硅片的热膨胀系数可以帮助我们更好地了解其在高温环境下的稳定性，从而提供设计上的参考。
能带结构是研究能量转换的关键因素之一。
在单晶硅片中，能带结构决定了电子和空穴的运动能力，进而影响能量转换效率。
通过对单晶硅片能带结构的研究，我们可以了解到载流子的传输特性以及在光和热的作用下的行为。
同时，通过控制和调整能带结构，可以优化单晶硅片的光电转换效率和电子传输性能，提高太阳能电池的效能。
在能量转换研究方面，光伏电池是一个重要的应用。
单晶硅片作为光伏电池的主要材料，其能量转换效率可以直接影响光伏系统的发电性能。
通过改善光伏电池的结构设计和表面纳米结构的控制，可以提高光电转换效率，并增强对可见光谱的吸收。
此外，结合热管理技术，有效地处理太阳能电池在高温环境下的热耗散问题，有助于提高光伏系统的整体性能。
另外，单晶硅片还被广泛应用于热电器件中。
热电器件利用材料的热电效应将热能转化为电能，提供了一种可再生和高效的能量转换方式。
材料物理性能第二章 材料的热学性能
原因：忽略振子之间的频率差别 忽略振子之间的相互作用 忽略低频的作用
2．德拜比热模型
德拜考虑了晶体中原子的相互作用，把晶体中原 子振动看成各向同性连续介质的弹性波，振动能量 量子化并假定原子振动频率不同，在0~ωD之间连续 分布。 式中，
＝德拜特征温度
＝德拜比热函数，
其中,
由上式可以得到如下的结论： • （1）当温度较高时，即， 即杜隆—珀替定律。 • （2）当温度很低时，即
度θD时，
低于θD时，CV~T3成正比，不同材
料θD也不同。例如，石墨θD=1973K，BeO 的θD =1173K，
Al2O3的θD=923K。
不同温度下某些陶瓷材料的热容
上图是几种材料的热容-温度曲线。这些材料的θD 约为熔点（热力学温度）的0.2-0.5倍。对于绝大多数 氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值 增加到1273K左右的近似于25J/K·mol的数值。温度进 一步增加，热容基本上没有什么变化。图中几条曲线 不仅形状相似，而且数值也很接近。
， ，计算得
这表明当T→0时，CV与T3成正
比并趋于0，这就是德拜T3定律，
它与实验结果十分吻合，温度越低，近似越好。说明低温时固体温度升高 吸收能量主要用于原子振动加剧。但T趋于ok时，热容和实验不符。原因： 忽略晶体的各向异性，忽略高频对热容的贡献。
四、材料的热容
1、无机材料的热容：根据德拜热容理论，在高于德拜温
P
－T
S T
V
V
＝T
S V
T
V T
P
＝T
P T
V
V T
P＝－T
热电材料性质与应用
热电材料性质与应用热电效应是指材料在温度差异下产生电势差或者材料在电场下引起温度差异的现象。
热电材料是指那些能够利用热电效应来产生电能或者产生温度变化的材料。
热电材料具有广泛的应用前景，涉及能源、物理、化学、生物等多个领域。
本文将重点探讨热电材料的性质以及其应用。
一、热电材料的性质1. Seebeck 系数Seebeck 系数是用来描述材料在温度差异下产生电势差的量度，一般用字母 S 表示。
当两端的温度差正常时，电势差与温度差成正比，其比例系数即为 Seebeck 系数。
Seebeck 系数的大小与材料的热导率、电导率、载流子的浓度等因素有关。
通常，材料的Seebeck 系数越大，其制热性和制冷性能越好。
2. Peltier 系数Peltier 系数是热电材料在电流下产生热量的量度，用字母π 表示。
当电流从材料中流过时，载流子会发生能量的交换，由于热电效应的存在，这种能量交换会导致材料产生热量。
Peltier 系数的大小受材料的电导率、热导率、载流子的浓度等因素的影响。
3. Thomson 系数Thomson 系数又称为热功效系数，用字母α 表示。
它是描述材料在电场下引起温度差异的量度。
当电流从材料中流过时，载流子的能量转移也会引起热量的流动，从而使材料中产生温度差异。
Thomson 系数的大小同样受到材料的电导率、热导率、载流子的浓度等因素的影响。
二、热电材料的应用1. 热电发电热电发电技术是指利用热电材料的热电效应将热能直接转化为电能的方法。
这种技术具有无排放、高效率、适应性强等优势，可以应用于太阳能、生物质能、废热回收等多个领域。
热电发电技术可以实现小型化、便携化和分布式供电等特性。
2. 热电制冷热电制冷技术是指利用热电材料的 Peltier 效应将电能转化为热量或者将热量移动而实现制冷的方法。
相比传统制冷技术，热电制冷技术具有低噪音、高可靠性、省空间等优势，适用于微型制冷、航空航天、精密仪器制冷等领域。
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V(T1,T2)
2021/3/7
材料的热电性能
外加电流与V(T1,T2)反向 电子从T1 T2被V(T1,T2)减速 在与金属离子碰撞中获得来自金 属离子的能量，使整个金属能量 降低，吸收热量。
T1
++ ++ ++ I ++ ++ ++
T2
V(T1,T2)
2021/3/7
材料的热电性能
三 塞贝克效应
2021/3/7
材料的热电性能
1.什么是传统机械按
键传设统计的？机械按键设计是需要手动按压
按键触动PCBA上的开关按键来实现功
能传的统一机种械设按计键方式。
结构层图：
传统机械按键设计
按
PCB
要点：
键A
1.合理的选择按键
开
的类型，尽量选择
关
平头类的按键，以
键
防按键下陷。
2.开关按键和塑胶
材料的热电性能
2021/3/7
材料的热电性能
• 热电制冷器它不需要一定的工质循环来实现能量转换， 没有任何运动部件。热电制冷的效率低，半导体材料的 价格又很高，而且，由于必须使用直流电源，变压和整 流装置往往不可避免，从而增加了电堆以外的附加体积。 所以热电制冷不宜大规模和大冷量便用。但由于它的灵 活性强，简单方便，使用可靠，冷热切换容易，非常适 宜于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场所。例如，为 空间飞行器上的科学仪器、电子仪器、医疗器械中需要 冷却的部位提供冷源等。
铜铋接触时，电子从1→2， 1中电子减少，2中电子增多。 1电位为正，2电位为负。 这样不同金属的接触面处产生的电势称接触电势差（V12）
++ ++
1
V12
++ ++
↓e
++ 2
++
2021/3/7
材料的热电性能
A处： 通电后，外加电场使电子移动形成电子电流,接触电势差V12 将阻碍电子的运动，电子动能减小，减速的电子与金属离子 碰撞，从金属原子那里获得能量，金属 离子能量减小，从而 使该处温度降低，变冷，须从外界吸热。
镍铬
康铜
镍铬
镍硅
铜
康铜
镍铬
金铁
铜
金铁
测温范围
特点
0 ~ 1000 ℃ 0 ~ 2100 ℃ 0 ~ 1900 ℃ 50 ~ 500 ℃ -200 ~ 900 ℃ -50 ~ 1300 ℃ -200 ~ 400 ℃ -270 ~ 10 ℃
准确性高，成本高
<50 ℃无电势 电势大，线性好
-270 ~ -250 ℃
灵敏度高
应用 精密测温、标准
科学研究 氧化、中性气体
火灾报警 各种场合 各种场合、常用 各种场合
低温
低温
2021/3/7
2021/3/7
材料的热电性能
一 帕耳帖效应
1 定义：
将铜、铋两根金属丝的端点互相连接（A,B处）成为一闭合回 路。将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后发 现A接头变冷，吸热效应；B接头变热，发生了放热效应，
这个现象称为帕尔帖效应
2021/3/7
材料的热电性能
2 分析原因：
不同的金属，电子状态不同，
热电势与温差有关，一般表达式
12
(T1,T2
)
a(T1
T2
)
1 2
(T1
T2
)2
➢不同材料具有不同的αβ
➢同种材料温差变化，热电势变化
2021/3/7
材料的热电性能
塞贝克效应的应用——用于温度测量的热电偶
2021/3/7
材料的热电性能
常用热电偶材料
材料
铂铹10 铱铹10 铱铹40 镍铁
纯铂 纯铱 铂铹40 镍铜
e
V12
V12
e
2021/3/7
材料的热电性能
e
V12
V12
e
B处： 通电后，接触电势差V12将加速电子的运动，电子动能增加， 加速的电子与金属离子碰撞，把获得的动能交给金属原子， 金属离子能量增加，从而B处温度增加，变热，须放热。
2021/3/7
材料的热电性能
帕尔帖效应的应用——制冷
热电效应的大小主要取决于两种材料的热电势。 纯金属材料的导电性好，导热性也好。用两种金属 材料组成回路，其热电势小，热电效应很弱，制冷 效果不明显(制冷效率不到1%)。
材料的热电性能
2.2 材料的热电性能
材料的两端存在 电位差——产生电流， 温度差——产生热流。
从电子论的观点看，在金属和半导体中，无论是 电流还是热流，都与电子有关。故温度差，电位 差，电流，热流之间存在交叉联系，这就构成了 热电效应。
2021/3/7
材料的热电性能
三个基本热电效应
一 帕耳帖效应 二 汤姆逊效应 三 塞贝克效应
称为温差电势差 V(T1,T2）
T1
++ ++ ++ ++ ++ ++
T2V(T1,ຫໍສະໝຸດ 2)温差电势原理图2021/3/7
材料的热电性能
外加电流与V(T1,T2)同向 电子从T2 T1被V(T1,T2)加速 在与金属离子碰撞中传给金属离 子能量，使整个金属能量升高， 放出热量。
T1
++ ++ ++ I ++ ++ ++
1 定义：
把两种不同的金属导体1，2组成闭合回路，两接点分别置 于T1和T2（设T1＞T2）两不同温度时，则在回路中就会产生 热电势，形成回路电流。这种现象称塞贝克效应。
1
T1
T2
2
2021/3/7
材料的热电性能
2 分析原因：
V1(T1,T2) 1
V12(T-1)
T1
T2
V12(T2)
2
V2(T1,T2)
半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来 做成小型热电制冷器。
2021/3/7
材料的热电性能
热电制冷元件
图示出N型半导体和P型半导体构成的热电偶制冷元件。用 铜板和铜导线将N型半导体和P型半导体连接成一个回路，铜 板和铜导线只起导电的作用。
回路中接通电流时，一个接点变热，一个接点变冷。如果 改变电流方向，则两个接点处的冷热作用互易，即：原来的 热接点变成冷接点，原来的冷接点变成热接点。
二 汤姆逊效应
1 定义：
当金属导线两端，温度不同，通过电流，发现，若电流方向与 热端方向一致时产生放热，反之吸热。这就是汤姆逊效应。
T1 + + ++ ++
I ++ ++
T2 + +
T1> T2
2021/3/7
材料的热电性能
2 分析原因：
金属两端存在温差：T1 高 温 T2 低 温
高温电子动能大，低温电子动能小， 电子将从T1 扩 散T2， 并在T2处堆 积从而在金属到体内出现电势差，
帕尔帖效应——两金属接触产生接触电势差
V12(T1)， V12(T2) 汤姆逊效应——存在温差的金属两端产生温差电势差
V1(T1,T2)， V1(T1,T2)
2021/3/7
材料的热电性能
V1(T1,T2) 1
V12(T-1)
T1
T2
2 V2(T1,T2)
V12(T2)
热电势：
12 (T1,T2 ) V12 (T1) V12 (T2 ) V1(T1,T2 ) V2 (T1,T2 )