【熱電資訊】新代小型熱電轉換效率測量系統成功落戶中國科學院物理研究所

導讀：當今，化石能源短缺和環境污染問題凸顯，能源的多元化和高效多用成為解決能源與環境問題的個重要途徑。作為種綠色能源技術和環保型制冷技術熱電轉換技術受到學術界和工業界的廣泛關注。熱電轉換技術是用材料的塞貝克效應與帕爾貼效應將熱能和電能進行直接轉換的技術，包括熱電發電和熱電制冷。這種技術具有系統體積小、可靠性高、不排放污染物、適用溫度范圍廣等點。熱電器件可以實現熱能和電能的直接轉換，在廢熱回收和固態制冷域具有重要的研究價值，對熱電發電器件的能量轉換效率進行準確測量是評價熱電材料和器件性能的重要基礎。

    近期，我們在中國科學院物理研究所成功交付使用了小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM。該設備可測量熱電材料產生的電量及熱電轉換效率η（通過產生的電量和熱流來獲得）。為盡快滿足用戶的科研需求，Quantum Design中國子公司調集技術力量，在滿足防疫要求的前提下與用戶緊密合作，順完成了設備的安裝工作，所有技術指標均符合要求，設備正式交付使用。熱電材料能夠實現熱能與電能的直接轉換，具有重要的實用價值，而熱電轉換效率是衡量熱電材料這種轉換能力的個重要指標，對熱電材料的產業化具有重要的指導意義，目前小型熱電轉換效率測量系統是能有效測量該指標的儀器。

Quantum Design中國子公司工程師為客戶介紹設備

    傳統的熱電轉換效率測量方法是將所制得的樣品（p型或n型）與標準（n型或p型）材料結合制備成器件，通過對器件進行測試得出轉換效率。近年來，ADVANCED RIKO公司創新性地研發了全新的小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM，其能以單腿器件為樣品，通過測試樣品的熱流及發電量再結合理論計算得到熱電轉換效率。

Mini-PEM的樣品連接方式

    近期Mini-PEM用戶，昆明理工大學材料學院教授葛振華、馮晶等通過將Ru納米粉體摻雜至商業碲化鉍中，實現了細晶強化。通過晶界對電子和聲子的散射，有效提高了塞貝克系數，降低了熱導率。材料在425K的ZT值達到0.93。使用Mini-PEM對單腿n型碲化鉍的熱電轉換效率進行了表征，相比純商業樣品提升了91%。相關研究成果以Simultaneous Enhancement of Thermoelectric Performance and Mechanical Properties in Bi₂Te₃ via Ru compositing為題發表在化工域Top期刊Chemical Engineering Journal上^[1]。

    該工作中，材料的高溫塞貝克系數和電阻率是采用日本ADVANCE RIKO公司生產的塞貝克系數/電阻測量系統ZEM-3測得的；單腿樣品的熱電轉換效率是使用日本ADVANCE RIKO公司生產的小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM測得。另外，材料在室溫（291K）的載流子濃度與載流子遷移率使用Quantum Design公司研發的綜合物性測量系統PPMS測得。

    日本ADVANCE RIKO公司成立近60年來業從事“熱”相關技術和設備的研究開發，并直走在相關域的前端，為各地的科學研究及生產活動提供了諸如紅外加熱、熱分析/熱常數測量等系統。2018年初，Quantum Design 中國子公司將日本ADVANCE RIKO公司的新進熱電材料測試設備：小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM、塞貝克系數/電阻測量系統ZEM、熱電轉換效率測量系統PEM及大氣環境下熱電材料性能評估系統F-PEM引進中國。

    2018年7月，Quantum Design China與日本ADVANCE RIKO達成協議，作為其熱電材料測試設備在中國的代理商繼續合作，攜手將日本ADVANCE RIKO進的熱電相關設備介紹到中國。

    目前，所有中國用戶購買的日本ADVANCE RIKO熱電產品，均由Quantum Design中國子公司的工程師團隊負責安裝及售后服務。同時，Quantum Design 中國子公司在日本ADVANCE RIKO公司的協助下，在北京建立部分熱電設備示范實驗室和用戶服務中心，更好的為中國熱電技術的發展提供設備支持和技術服務。

參考文獻：

【1】Y-K. Zhu, J. Guo, L. Chen, S-W. Gu, Y-X. Zhang, Q. Shan, J. Feng, Z-H. Ge,Simultaneous Enhancement of Thermoelectric Performance and Mechanical Properties in Bi₂Te₃ via Ru compositing, Chemical Engineering Journal (2020)

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