热电材料与纳米工程.pdf

Nanotechnology 任山 中山大学，理工学院， 纳米技术研究中心 Chapter 5 Thermoelectric materials/device nano engineering 2 Nanotech ，SYSU，S Ren 基本内容 5.1 ，热电材料及器件基本概念 5.2 ，基本特性及应用背景 5.3 ，热电材料及器件面临的问题 5.4 ，纳米工程在热电材料中应用 3 Nanotech ，SYSU，S Ren 5.1 ，基本概念 4 Nanotech ，SYSU，S Ren Seebeck效应: 温差- 电转换 • 1823年，法国物理学家Thomas J. Seebeck 发现当由两种不同导体构成的闭合回路的 两端节点存在小温差Δ Ｔ时, 回路中有热电 流产生,这就是Seebeck效应。 5 Nanotech ，SYSU，S Ren Peltier 效应：电-制冷现象 • 1838年，Peltier发现当电流通过两个不同 导体的节点时,在节点附近有温度变化，一 个节点会变冷，而另一个结点温度会变热。 • 习惯上把热电制冷器件称为Peltier 器件 6 Nanotech ，SYSU，S Ren 热电器件示意图 将多个半导体热电对串列在一起可以得到不 同的电压（可达几十伏），而将多个热电对 并联则可以得到不同大小的电流（可达十几 安培），按照需要将多个热电对集合在一起 就形成了热电器件 7 Nanotech ，SYSU，S Ren 多级热电器件 • 多级热电堆 每一级可维持 温差约50K 8 Nanotech ，SYSU，S Ren 典型的热电器件 器件发展趋势 面积更大 厚度更小 9 Nanotech ，SYSU，S Ren Micro-cooling 10 Nanotech ，SYSU，S Ren 热电器件的特点 • 热电器件的优点 – 无机械运动部分，高可靠性，使用寿命长，维 护费用低； – 无振动和噪声； – 制冷速度快，响应时间短；控温精确； – 改变电极方向，可实现制冷、加热双向控制 – 双效：可同时实现制冷和温差发电 – 体积小重量轻，易于和光电子器件集成； – 无工质泄漏，环境友好 – 。。。。。。