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热电材料的突破
发布:lee_9124   时间:2015/4/17 20:56:40   阅读:805 
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热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。法国物理学家Jean Charles Athanase Peltier在1834年发现,热电(TE)材料制备中温度控制这一关键概念。正是由于他的贡献,才有了材料制备和设计领域的稳定发展。

在19世纪60年代,Peltier主要研究碲铋和碲锑合金,其最高效率为1.1,这意味着该合金转换的电量略低于释放的热量。Peltier设备使得合金技术取得不小的进步。

到了2014年,韩国的IBS集成纳米结构物理中心与三星先进技术研究院、Kangwon国立大学的纳米应用工程学院、 Sungkyunkwan University的能源科学院、加州理工大学的材料科学学院联合,研制出一种更高效的TE合金。
TE金属合金由于具有极高的熔点,十分特殊。金属颗粒的结合不是通过金属的融化,而是通过烧结和热压技术。
 

在压实过程中,液体碲颗粒(红色)在低能晶界上形成位错。(图片来源:Institute for Basic Science)

该团队制备TE合金的过程称为液体流动辅助烧结过程,以此将三种元素锑、碲、铋颗粒形成合金。多余的熔融碲形成颗粒间的液体加强合金的结合强度。

在利用这种技术制备合金的过程中,晶界起到十分关键的作用。与传统的烧结技术相比,此项技术制备的合金薄,关节精细程度高,使用温度和电导率高。这是由于新型的液相烧结在晶界和层间形成位错阵列,这些位错大大减少热传导阻碍,以此提高了材料的热电转换效率。

在实际测试中,该技术制备的30个样品在320K时的效率为1.86±0.15,最高达到2.01,高于行业标准将近一倍。当熔纺合金用于Peltier 冷却器,结果也十分显著,新材料在300 K(26.85°C)时可以达到80K的温度变化。

研究人员说,这种材料的应用十分广泛。随着制造技术的发展,凭借高效冷却的性能,Peltier 冷却设备可以代替传统的压缩式制冷系统,并作为电气设备和电子设备的电力冷却系统,为现代热电合金设备提供光明的前景。


来源:新材料在线
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