引言

    熱電轉換物理效應、熱電材料及其應用技術的研究歷史悠長。近20 年來，熱電材料科學得到快速發(fā)展，同時，器件設計方法與集成技術也不斷完善。在此背景下，QUANTUM DESIGN公司PPMS和MPMS用戶——中科院上海硅酸鹽所陳立東研究員等撰寫了《熱電材料與器件》書，不僅梳理了熱電材料域的基礎知識，而且還涵蓋了作者本人在內的研究者們多年來在熱電材料設計理論與制備科學、器件設計與集成技術等方面取得的諸多原創(chuàng)性重大成果，形成了有關熱電材料與器件較為全面、豐富的知識體系。該書的出版為從事熱電材料研究與器件研發(fā)的科研人員和工程技術人員以及在相關業(yè)學習的高等院校師生提供了很好的參考價值。

正文

    日本ADVANCE RIKO公司50多年來業(yè)從事“熱電材料”相關技術和設備的研究開發(fā)，并直走在相關域的前端。2018年初，Quantum Design China代理了日本ADVANCE RIKO公司的進熱電材料測試設備，將小型熱電轉換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM、澤貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM、熱電轉換效率測量系統(tǒng)PEM及大氣環(huán)境下熱電材料性能評估系統(tǒng)F-PEM引進中國。
    經(jīng)過段時間的愉快合作后，2018年7月，Quantum Design China與日本ADVANCE RIKO公司正式達成協(xié)議，作為其熱電材料測試設備在中國的代理商繼續(xù)合作，并將日本ADVANCE RIKO公司的相關設備在中國大陸、香港和澳門進行進步推廣。同時，Quantum Design China將在日本ADVANCE RIKO公司的協(xié)助下，在北京建立熱電材料測試設備演示中心和技術服務中心，更好地為中國熱電材料的發(fā)展提供產(chǎn)品展示、技術支持和售后服務。

1. 澤貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM
    熱電轉換技術用熱電材料的澤貝克（Seebeck）效應和佩爾捷（Peltier）效應實現(xiàn)熱能與電能直接相互轉化，熱電技術的能量轉換效率主要取決于材料的本征物理性，通?？捎蔁犭娭祦砗饬浚鵁犭娭等Q于材料的澤貝克系數(shù)、電導率、熱導率和溫度。

圖1  澤貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM

圖2  康銅澤貝克系數(shù)測試結果

    澤貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM可實現(xiàn)對金屬或半導體材料的熱電性能的評估，材料的澤貝克系數(shù)和電阻都可以用ZEM直接測量。該設備采用溫度控制的紅外金面加熱爐和控制溫差的微型加熱器，因此能實現(xiàn)實驗過程中的無污染控溫。同時，設備全自動電腦控制，允許自動測量消除背底電動勢，擁有歐姆接觸自動檢測功能。除ZEM標準配置外，還可根據(jù)用戶不同需求定制高阻型，增加薄膜測量選件、低溫選件等。

2. 小型熱電轉換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM
    小型熱電轉換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM可以通過自動測量熱流量和發(fā)電量來獲得熱電轉換效率，電量是通過四探針法獲得；熱流是通過熱流計獲得。Mini-PEM體積更為小巧，操作更為簡單，集成化設計可實現(xiàn)對小型材料塊體2-10mm2 x 1-20mmH測量?？蓮V泛應用于：發(fā)電量和熱流量測量、熱電材料模塊的熱電轉換效率計算、單熱電材料發(fā)電量及熱流測量、熱電材料性能和壽命評估等各個方向。

圖3   小型熱電轉換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM

圖4  碲化鉍樣品熱電轉換效率測試結果

3. 熱電轉換效率測量系統(tǒng)PEM
    熱電轉換效率是指熱能和電能之間相互轉換的程度，通常采用提高熱電組件兩端的有效溫度梯度來提高熱電組件的轉換效率。熱電轉換效率測量系統(tǒng)PEM通過對熱電材料模塊提供大溫差500℃，可以得到維熱流量Q和大發(fā)電功率P，從而有效測定熱電轉換效率η。

圖5  熱電轉換效率測量系統(tǒng)PEM

    熱電轉換效率測量系統(tǒng)PEM通過高精度的紅外線金面反射爐可完成快速性能評估和耐力測試，可以實現(xiàn)熱穿透測量，加熱過程中，通過氣缸機制可以保持接觸表面的熱阻穩(wěn)定。同時在測試過程中，溫度穩(wěn)定性的判斷、自動調節(jié)熱電發(fā)電模塊的負載以及自動控制溫度測量，這些功能僅通過設置軟件即可自動完成，操作十分便捷。

4. 大氣環(huán)境下熱電材料性能評估系統(tǒng)F-PEM
    該系統(tǒng)可以在大氣環(huán)境下，實現(xiàn)對負荷溫差的熱電材料產(chǎn)生的發(fā)電量和熱流量進行測量，熱電轉換效率可以通過大發(fā)電量和熱流量計算出。同時，該系統(tǒng)還可以長時間運行熱循環(huán)測試，運用于熱電新材料的開發(fā)，以及商用組件在負載和溫度下的耐久性測試。

圖6  大氣環(huán)境下熱電材料性能評估系統(tǒng)F-PEM

    熱電材料澤貝克效應和佩爾捷效應發(fā)現(xiàn)距今已有100余年的歷史，多年來科學家已對其進行了深入而富有成效的研究，并為如何實現(xiàn)熱電材料更大的熱電值不斷探索。隨著熱電域研究的不斷深入，希望ZEM、PEM、Mini-PEM、F-PEM的引入，能夠助力更多異熱電材料性能的評估與研究，堅信我國熱電材料域將會進步發(fā)展提高！