热电材料制备
来源:Partulab | 作者:编辑部 | 发布时间: 2021-12-20 | 1765 次浏览 | 分享到:
真空封管对热电材料的制备,佰力博首创研发生产的石英管真空封管机系统可以满足块体、粉末、薄膜等样品真空(保护气氛下)封管封装制备,广泛适用于二维材料,热电材料及器件,晶体材料生长,金属材料,纳米材料,磁性材料,超导材料,新能源材料,OLED有机光电材料,半导体材料器件等材料研究实验,已经被全球众多高校、科研院所和企业使用,特别是材料实验,科学研究和先进材料研发等领域,成为众多先进材料实验研究的必备仪器。

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料,1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器热电制冷的应用提供了理论依据。如随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及在地球难于日益增加的资源考察与探索活动,需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统,热电发电对这些应用尤其合适。随着全球工业化进程的加快, 世界能源短缺和枯竭已经成为每个国家不容忽视的问题, 严重制约着社会长期稳定发展。研究和开发新能源已经成为全球能源发展的趋势。

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热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料。人们对热电材料的认识具有悠久的历史。1823年,德国人塞贝克(Seebeck)发现了材料两端的温差可以产生电压,也就是通常所说的温差电现象。1834年,法国钟表匠珀耳帖(Peltier)在法国《物理学和化学年鉴》上发表了他在两种不同导体的边界附近(当有电流流过时)所观察到的温差反常的论文。这两个现象表明了热可以致电,而同时电反过来也能转变成热或者用来制冷,这两个现象分别被命名为塞贝克效应和珀耳帖效应。它们为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。在环境污染和能源危机日益严重的今天,进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。

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热电材料的研究主要是围绕金属材料进行的,由于热电转换效率低,所以有关热电材料转换装置的研究和应用一直进展缓慢,在20世纪50年代,半导体材料的热电转换效应比金属材料有数量级上的增强,利用半导体热电材料有望实现温差发电和制冷的设想,从而在全世界范围内掀起了研究热电材料的热潮,这种研究热潮持续了数年之久,研究和评估了大量的半导体材料,并发现Bi-Te Sb-Te系半导体材料具有良好的热电特性。在此后的几十年,由于半导体热电材料仍难以满足现实应用过程对热电转换和制冷效率的要求,研究工作又处于低潮阶段。


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热电材料主要应用有:温差发电、热电制冷、作为传感器和温度控制器在微电子器件和EMS 中的应用。可将热电发电器应用于人造卫星上可实现长效远距离,无人维护的热电发电站。它在工业余热、废热和低品味热温差发电方面也具有很大的潜在应用。热电制冷不需要氟利昂等制冷剂,就可以替代目前用氟利昂制冷的压缩机制冷系统。制冷又能加热的特点可方便地实现温度时序控制。还可以应用于医学、高性能接收器和高性能红外传感器等方面,同时还可以为电子计算机、广通讯及激光打印机等系统提供恒温环境。另外,热电制冷材料为超导材料的使用提供低温环境。因为这两类热电设备都无振动、无噪音,也无磨损、无泄漏,体积小、重量轻,安全可靠寿命长,对环境不产生任何污染,是十分理想的电源和制冷器。

热电材料的应用不需要使用传动部件,工作时无噪音、无排弃物,和太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样,对环境没有污染,并且这种材料性能可靠,使用寿命长,是一种具有广泛应用前景的环保材料。现在市面上有一种移动型冰箱,适用于旅行郊游时冰冻饮料及食品保存等。这种冰箱的特色除了方便携带外,它并不使用压缩机,没有噪音,天气冷时还可摇身一变成为保温器。隐身在这种冰箱后的核心技术,就是里面的热电材料。

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热电材料的应用很神奇,它通入电流之后会产生冷热两端,故可以用来冷却也可以用来保温。而如果同时在两端接触不同温度时,则会在内部回路形成电流,温差越大产生的电流越强,这就启发了一种新思维:用热电材料接收外界热源来产生电力。这种概念并不是空中楼阁,目前日本和德国都已开发出利用人体体温与外界环境温度差异,进而产生电力来驱动手表。

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近年来由于在技术上热电材料性能的不断提升,及环保等因素,利用热电转换技术,进一步将大量废热回收转为电能的方式,普通得到日、美、欧等先进国家的重视。低温余热、特别是140℃以下的废热再利用,增加了热电发电的竞争力,一些新兴应用研究诸如垃圾焚烧余热、炼钢广的余热、利用汽车以及发动机尾气的余热进行热电发电,为汽车提供辅助电源的研究也正在进行,并且有部分成果已实际应用,相信在不久的将来会广泛使用。

世界各国在推进热电材料转换技术应用的同时,也在不断地进行着新型高性能热电材料的研究和探索。如果将热电材料技术应用于上述的大规模电厂发电或普遍的制冷器,那么我们的生活环境将大为改观。近年来,各种高性能的热电材料相继被发现,我们相信随着科学的进步,热电材料的大规模应用并不是一个可望而不可及的梦想。


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由于单晶和取向多晶材料存在的机械性能较差,难以进行精细加工,造成在后期的器件制备过程中废品率增多,浪费严重,且一定程度上影响了器件服役寿命。因此,上世纪八十年代开始,关于Bi2Te3基合金的研究主要集中于粉末冶金法制备多晶块粉体材料。前期的制备方法主要集中于利用高能球磨/熔炼得到合金材料,研磨粉碎后再进行冷压/热压烧结。通过传统的粉末冶金工艺,可以增强材料的机械性能,从而有效避免了区熔材料易解离的缺点。然而,研究结果表明,尽管材料的机械性能有所增强,然而从热电性能上考虑,制备得到的多晶烧结材料往往不尽如人意。

佰力博的真空封管机主要用于将样品放入石英管内进行无水无氧密封保存,采用动密封技术,让石英管自动旋转的同时进行抽真空,充气分封装,标配分流抽真空装置,解决粉末样品易被抽出的难题,防止粉末附着在石英柱上,影响真空度,同时避免粉末被抽入真空泵中,对真空泵造成损伤;佰力博发明的真空封管机对热电材料的密封,可以有效的防止元素被氧化,减少低熔点物质的挥发,从而获得高性能热电材料特性。

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石英管真空封装系统,主要适用于对材料样品在石英试管中真空环境状态下(或保护气氛下)完成封管;在试管预抽真空后,试管管壁材料经高温熔融并在外部大气压的作用下和管内石英柱体融接在一起而形成真空密封。该系统可密封的试管材料可以是普通的硼酸盐玻璃也可以是石英玻璃,设备可通过变换不同的卡套连接不同外径规格的试管。试管在真空密封过程中的旋转速度可以在一定的范围内进行调节,方便配合不同管径试管和焊枪的使用。系统自带放气和充气装置。

石英管真空封管机系统主要由真空封管设备主机,真空泵(真空机组及真空测量)以及专用氢氧机组成,共同完成真空封管。该真空封管系统满足真空行业关于真空系统设备研发,生产,检验等相关标准。

佰力博首创研发生产的石英管真空封管机系统可以满足块体、粉末、薄膜等样品真空(保护气氛下)封管封装制备,广泛适用于二维材料,热电材料及器件,晶体材料生长,金属材料,纳米材料,磁性材料,超导材料,新能源材料,OLED有机光电材料,半导体材料器件等材料研究实验,已经被全球众多高校、科研院所和企业使用,特别是材料实验,科学研究和先进材料研发等领域,成为众多先进材料实验研究的必备仪器。

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