熱電材料優(yōu)值測量好幫手-LSR塞貝克電阻率儀
1821年，德國科學家塞貝克(Seebeck) 將兩種不同的金屬導線連接在一起構成一個電流回路，并在兩個結點處保持不同的溫度，結果發(fā)現(xiàn)導線周圍的指南針發(fā)生了偏轉。因此，這種由于溫差產生電勢的效應被稱為塞貝克效應(Seebeck effect)。而導線兩端的電壓差與溫度差的比值，就稱為塞貝克系數(shù)。
1834年，法國科學家帕爾貼(Peltier)發(fā)現(xiàn)了塞貝克效應的逆效應。他將兩種金屬導線連接在一起并通以電流，結果發(fā)現(xiàn)接頭處的水結成了冰，這種現(xiàn)象為珀爾帖效應。
1856年，英國物理學家湯姆遜發(fā)現(xiàn)如果在有溫度梯度的均勻導體中通過電流時，導體中除了產生不可逆的焦耳熱外，還要吸收或放出一定的熱量， 這一現(xiàn)象定名為湯姆遜效應。
那么，為什么會有這種熱電現(xiàn)象呢？上圖是半導體材料的塞貝克效應（圖左）和珀爾帖效應（圖右）的示意圖。
當對半導體兩端造成溫差時，熱端載流子（電子或者空穴）具有比冷端附近載流子更高的動能，而且熱端受激發(fā)進入導帶或價帶的載流子也會更多，從而造成了載流子從熱端向冷端擴散。而載流子的聚集會形成電場，從而阻礙擴散。當達到一個平衡時，載流子不再擴散，半導體兩端產生出一個電動勢。這就是溫差發(fā)電。那么它的逆過程又是如何呢？不同的半導體中載流子的勢能不同，因此在異種材料的結合處與晶格發(fā)生能量交換，在宏觀上就產生界面附近的吸熱或放熱現(xiàn)象。
看到這里，相信很多人會想到熱電材料可以用來發(fā)電或者制冷。
熱電材料溫差發(fā)電技術zui早開始于20世紀40年代。相比于其他發(fā)電技術，溫差發(fā)電有結構簡單、堅固耐用、無運動部件、無噪聲、 使用壽命長等特點，在航天、航空、軍事等領域得到應有。隨著技術發(fā)展，溫差發(fā)電在利用太陽能、地熱能、工業(yè)廢熱、汽車尾氣廢熱、人體熱方面也有應用。
而熱電制冷主要應用有民用領域的車載冰箱、除濕器、小型飲料機、車用冷杯、冷帽、汽車座椅、化妝品存儲箱等，以及電子領域的CPU測試平臺、冷風裝置、冷卻板、大功率LED散熱器、投影儀制冷等。
同樣是溫差發(fā)電或者電致冷，哪種材料的效果更好？德國科學家艾特克西(Altenkirch)指出，一種良好的熱電材料必須具備較大的塞貝克系數(shù)、較高的電導率、較低的熱導率。因此材料的熱電性能就可以用一個統(tǒng)一的ZT值來表示。ZT值越高，材料的zui大轉換效率越高。一般而言，ZT值大于1，方有實用價值。
熱電優(yōu)值難以獲得突破的關鍵因素在于決定ZT值的三個參數(shù)(電導率、塞貝克系數(shù)和熱導 率)之間的相互關聯(lián)，很難通過獨立調控某個參數(shù)實現(xiàn)ZT值的大幅提升。增加載流子濃度會提高電導率，但同時會減小塞貝克系數(shù)并增大載流子熱導率。增大載流子有效質量則提高了塞貝克系數(shù)，但理論上對遷移率有著不利影響。
目前，已發(fā)現(xiàn)ZT值大于2的熱電材料，但仍然還需要更進一步的提高。
為了得到合適的材料，了解用來描述這種效率（如ZT 值，優(yōu)值系數(shù)圖）的材料的相關熱物理性質是很重要的。如以下方程所示： |
· S = 塞貝克系數(shù)（反映材料的熱電勢）[mV/K]
· σ = 材料的電導率 [1/m]
· λ = 材料總的熱導率 [W/(m·K)]
· T = 溫度
一個有效的熱電材料，應該具有較高的電導率，較大的塞貝克系數(shù)和較低的導熱系數(shù)。一種材料在熱電轉換領域能夠被應用到何種程度，很大程度上取決于該材料的性能。
針對這些需求, 下面介紹的就是可以同步測定塞貝克系數(shù)和電導率的儀器產品：塞貝克/電導率儀
塞貝克系數(shù)測試原理：
賽貝克系數(shù)即A、B兩個熱電偶的電勢差除以溫度T1和T2的差。棱柱或圓柱形樣品垂直放在上下電極之間。爐體加熱到設定溫度，下電極處加熱使樣品形成需要的溫度梯度。
電阻率測試原理
電阻應用四端法測得,可以通過測量通入的恒定電流值I以及探針A和B之間的電壓V得到。
R = V/I
樣品的電阻率可以通過樣品的截面積，探針A，B之間的距離推導得到。
電阻率= 電阻“R” × (截面積/探針間距)
(BiSb)2Te3合金材料
