新一代小型热电转换效率测量系统成功落户ZG科学院物理研究所

导读：当今，化石能源短缺和环境污染问题凸显，能源的多元化和多级利用成为解决能源与环境问题的一个重要途径。作为一种绿色能源技术和环保型制冷技术热电转换技术受到学术界和工业界的广泛关注。热电转换技术是利用材料的塞贝克效应与帕尔贴效应将热能和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷。这种技术具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物、适用温度范围广等特点。热电器件可以实现热能和电能的直接转换，在废热回收和固态制冷领域具有重要的研究价值，对热电发电器件的能量转换效率进行精确测量是评价热电材料和器件性能的重要基础。

    近期，我们在ZG科学院物理研究所成功交付使用了小型热电转换效率测量系统Mini-PEM。该设备可测量热电材料产生的电量及热电转换效率η（通过产生的电量和热流来获得）。为尽快满足用户的科研需求，Quantum DesignZG子公司调集技术力量，在满足防疫要求的前提下与用户紧密合作，顺利完成了设备的安装工作，所有技术指标均符合要求，设备正式交付使用。热电材料能够实现热能与电能的直接转换，具有重要的实用价值，而热电转换效率是衡量热电材料这种转换能力的一个重要指标，对热电材料的产业化具有重要的指导意义，目前小型热电转换效率测量系统是能有效测量该指标的仪器。

Quantum DesignZG子公司工程师为客户介绍设备

    传统的热电转换效率测量方法是将所制得的样品（p型或n型）与标准（n型或p型）材料结合制备成器件，通过对器件进行测试得出转换效率。近年来，ADVANCED RIKO公司创新性地研发了全新的小型热电转换效率测量系统Mini-PEM，其能以单腿器件为样品，通过测试样品的热流及发电量再结合理论计算得到热电转换效率，并且对该类产品申请了ZL。

Mini-PEM的样品连接方式

    近期Mini-PEM用户，昆明理工大学材料学院教授葛振华、冯晶等通过将Ru纳米粉体掺杂至商业碲化铋中，实现了细晶强化。通过晶界对电子和声子的散射，有效提高了塞贝克系数，降低了热导率。材料在425K的ZT值达到0.93。使用Mini-PEM对单腿n型碲化铋的热电转换效率进行了表征，相比纯商业样品提升了91%。相关研究成果以Simultaneous Enhancement of Thermoelectric Performance and Mechanical Properties in Bi₂Te₃ via Ru compositing为题发表在化工领域Top期刊Chemical Engineering Journal上^[1]。

    该工作中，材料的高温塞贝克系数和电阻率是采用日本ADVANCE RIKO公司生产的塞贝克系数/电阻测量系统ZEM-3测得的；单腿样品的热电转换效率是使用日本ADVANCE RIKO公司生产的小型热电转换效率测量系统Mini-PEM测得。另外，材料在室温（291K）的载流子浓度与载流子迁移率使用Quantum Design公司研发的综合物性测量系统PPMS测得。

    日本ADVANCE RIKO公司成立近60年来专业从事“热”相关技术和设备的研究开发，并一直走在相关领域的前端，为各地的科学研究及生产活动提供了诸如红外加热、热分析/热常数测量等系统。2018年初，Quantum Design ZG子公司将日本ADVANCE RIKO公司的新先进热电材料测试设备：小型热电转换效率测量系统Mini-PEM、塞贝克系数/电阻测量系统ZEM、热电转换效率测量系统PEM及大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM引进ZG。

    2018年7月，Quantum Design China与日本ADVANCE RIKO达成协议，作为其热电材料测试设备在ZG的代理商继续合作，携手将日本ADVANCE RIKO先进的热电相关设备介绍到ZG。

    目前，所有ZG用户购买的日本ADVANCE RIKO热电产品，均由Quantum DesignZG子公司的工程师团队负责安装及售后服务。同时，Quantum Design ZG子公司在日本ADVANCE RIKO公司的协助下，在北京建立部分热电设备示范实验室和用户服务ZX，更好的为ZG热电技术的发展提供设备支持和技术服务。

参考文献：

【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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