1、2.1 超導材料超導材料2.7 熱電材料熱電材料2.3.2 2.3.2 結構特點：非晶態合金的原子結構 “長程無序，短程有序”。BH軟磁材料軟磁材料 特點：磁導率大、矯頑力小特點：磁導率大、矯頑力小 、容、容易磁化也容易退磁易磁化也容易退磁 、磁滯回線包、磁滯回線包圍面積小、圍面積小、 磁滯損耗小磁滯損耗小BH特點：剩余磁感應強度大、矯頑力特點：剩余磁感應強度大、矯頑力大、不容易磁化、也不容易退磁大、不容易磁化、也不容易退磁 磁滯回線寬。磁滯回線寬。磁滯損耗大矯頑力大，意味著磁化磁滯損耗大矯頑力大，意味著磁化后剩余磁感應強度很大，稱為永磁后剩余磁感應強度很大，稱為永磁鐵。記憶元件。鐵。記憶元件

2、。硬磁材料硬磁材料BH矩磁材料矩磁材料特點：磁滯回線呈矩形狀特點：磁滯回線呈矩形狀應用：作計算機中的記憶元件，應用：作計算機中的記憶元件， 磁化時極性的反轉構成了磁化時極性的反轉構成了“0”與與“1”BH軟軟磁磁BH半導體材料的分類非晶態半導體的各種現象和應用2.7 熱電材料熱電材料定義：（也稱溫差電材料，定義：（也稱溫差電材料，thermoelectric materials）是一種利）是一種利用固體內部載流子運動，實現熱能用固體內部載流子運動，實現熱能和電能直接相互轉換的功能材料。和電能直接相互轉換的功能材料。熱電效應：熱電效應是電流引起的熱電效應：熱電效應是電流引起的可逆熱效應和溫差引起

3、的電效應的可逆熱效應和溫差引起的電效應的總稱，包括總稱，包括Seebeck效應、效應、Peltier效效應和應和Thomson效應效應 （1 1） SeebeckSeebeck效應：溫差熱效應，在材料效應：溫差熱效應，在材料 的兩端外加的兩端外加一定的溫度差時，相應材料的兩端會產生一定的電動勢一定的溫度差時，相應材料的兩端會產生一定的電動勢。 這一效應是制造熱電偶測量溫度和將熱能直接轉換成電這一效應是制造熱電偶測量溫度和將熱能直接轉換成電能的理論基礎能的理論基礎 （2 2） PeltierPeltier效應：是效應：是SeebeckSeebeck效應的逆效應，指在材效應的逆效應，指在材料中通以

4、一定方向的電流時，相應材料兩端分別會產生料中通以一定方向的電流時，相應材料兩端分別會產生吸放熱現象。改變電流方向，吸放熱端也隨之反向。冷吸放熱現象。改變電流方向，吸放熱端也隨之反向。冷熱溫差幅度由電流大小而定。熱溫差幅度由電流大小而定。 （3 3） ThomsonThomson效應效應：當電流通過一跟兩端溫度不同的導當電流通過一跟兩端溫度不同的導體（鉛以外）時，若電流方向與熱流方向一致則會放出體（鉛以外）時，若電流方向與熱流方向一致則會放出熱量（電流產生的焦耳熱之外），反之則會吸熱。熱量（電流產生的焦耳熱之外），反之則會吸熱。熱電器件工作原理熱電器件工作原理Seebeck效應效應綠色能源：體積

5、小重量輕結構簡單堅固耐用無需運動部件無磨損無噪音1. 無污染熱電性能評價熱電性能評價ZT：熱電優值：熱電優值3 熱電效率熱電效率 材料的熱電效率可定義為熱電優值，用材料的熱電效率可定義為熱電優值，用ZT來評估：來評估： ZT= S2T/K S 為熱電勢或為熱電勢或Seebeck系數系數 ； T 絕對溫度；絕對溫度；電導率；電導率；K 熱導率熱導率 S2稱功率因子稱功率因子 提高熱電材料的提高熱電材料的ZT：1）提高功率因子）提高功率因子 2）降低熱導率）降低熱導率 影響功率因子的物理機制：散射參數、能態密度、載影響功率因子的物理機制：散射參數、能態密度、載流子移動度及費米能級等四項，前三項是材

6、料的本質流子移動度及費米能級等四項，前三項是材料的本質性質，只能依靠樣品的純度來改進；性質，只能依靠樣品的純度來改進； 實際上控制功率因子可以通過改變摻雜濃度來調整費實際上控制功率因子可以通過改變摻雜濃度來調整費米能級來控制米能級來控制 熱導率包括：晶格熱傳導系數（熱導率包括：晶格熱傳導系數（kLkL）及）及電子熱傳導系數（電子熱傳導系數（keke） 熱電材料大部分來自于晶格熱電材料大部分來自于晶格 KL KL 正比于樣品定容比熱、聲速及平均自正比于樣品定容比熱、聲速及平均自由程三個物理量由程三個物理量 前兩個為材料的本質，而平均自由程隨前兩個為材料的本質，而平均自由程隨著材料中雜質或晶界的多

7、少而改變著材料中雜質或晶界的多少而改變 目前提高熱電材料熱電性能的主要方法有以目前提高熱電材料熱電性能的主要方法有以下幾種下幾種:( 1) 通過低維化改善熱電材料的輸運性能通過低維化改善熱電材料的輸運性能, 如如將該材料做成量子阱超晶格、在微孔中平行將該材料做成量子阱超晶格、在微孔中平行生長量子線、量子點等生長量子線、量子點等( 2) 通過摻雜修飾材料的能帶結構通過摻雜修飾材料的能帶結構,使材料的使材料的帶隙和費米能級附近的狀態密度增大帶隙和費米能級附近的狀態密度增大( 3) 通過梯度化擴大熱電材料的使用溫區通過梯度化擴大熱電材料的使用溫區,提提高熱電輸出功率高熱電輸出功率熱電材料的分類熱電材

8、料的分類 依據運作溫度分三類：依據運作溫度分三類： （1 1）碲化鉍及其合金（）碲化鉍及其合金（Te-BiTe-Bi系）：傳統商用系）：傳統商用熱電材料，熱電材料，ZT=1ZT=1；用于熱電制冷等領域，運作；用于熱電制冷等領域，運作溫度溫度450450度度 （2 2）碲化鉛及其合金（）碲化鉛及其合金（Te-PbTe-Pb系）溫度范圍廣系）溫度范圍廣，10001000度；熱點產生器的材料度；熱點產生器的材料 （3 3）硅鍺合金：）硅鍺合金：13001300度，常用于熱電產生器度，常用于熱電產生器由熱電材料制成的制冷或發電裝由熱電材料制成的制冷或發電裝置具有的特點：置具有的特點： 1）體積小，重量

9、輕，堅固，工作中無噪音）體積小，重量輕，堅固，工作中無噪音 2）溫度控制可在）溫度控制可在 正負正負0.1之間之間 3）不必使用）不必使用CFC，不造成污染，不造成污染 4）可回收熱源并轉化為電能，使用壽命大，）可回收熱源并轉化為電能，使用壽命大，易控制易控制缺點：缺點：效率低（效率低（5%），遠小于傳統的冰箱和發電機），遠小于傳統的冰箱和發電機應用應用 （1）：熱電制冷）：熱電制冷n針對半導體熱電制冷器件，如飲水機、小冰箱、酒柜等針對半導體熱電制冷器件，如飲水機、小冰箱、酒柜等應用（應用（2）：熱電發電）：熱電發電美國、德國、日本、美國、德國、日本、韓國等汽車公司韓國等汽車公司（ GM、 B

10、MW、HONDA、大眾、現、大眾、現代等）正在開展相關代等）正在開展相關研發工作，研發工作，可節省油可節省油耗耗5%；國內相關研究；國內相關研究剛剛起步（上汽）剛剛起步（上汽）利用高聚光太陽能在基板上產生的熱能發電，利用高聚光太陽能在基板上產生的熱能發電，提高轉換率；國家提高轉換率；國家“973”計劃、日本能源開發計劃、日本能源開發機構機構NEDO、美國、美國DOE等均有所部署等均有所部署 聚光光伏太陽能輔助系統聚光光伏太陽能輔助系統利用燃燒熱、地熱、體利用燃燒熱、地熱、體表溫差等熱源，為野外表溫差等熱源，為野外作業、偏遠山區、小型作業、偏遠山區、小型電器、植入式醫療器械電器、植入式醫療器械等

11、提供電能等提供電能熱電材料的應用熱電材料的應用 熱電器件方面研究熱電器件方面研究較多的是熱電發電較多的是熱電發電機機( TEG) 和溫差和溫差制冷機。制冷機。 軍工方面的應用軍工方面的應用在深層宇宙探測中,TEG 技術被用于替代太陽能電池為探測器提供電能。美國軍方和航空航天局(NASA)較早地將半導體熱電堆發電技術應用于阿波羅、先鋒者、開拓者、旅行者等空間任務中。比較典型的是伽利略號探測器上就裝載了2 臺285W 的碲化鉛(PbTe)熱電發電機(RTG)溫差發電機溫差發電機 早在早在20 世紀世紀80 年代初年代初, 美美國就完成了國就完成了5001000軍用溫差發電機的研制軍用溫差發電機的研制, 并于并于80 年代末正式列入年代末正式列入部隊裝備部隊裝備, 放在深海中為放在深海中為美國導彈定位系統網絡美國導彈定位系統網絡的組成部分的組成部分無線電信無線電信號轉發系統供電。號轉發系統供電。測溫熱電偶熱電制冷帶在手上的發電機帶在手上的發電機掌握的內容掌握的內容 1