引言 

   熱電材料是通過(guò)其內(nèi)部載流子的移動(dòng)及其相互作用，來(lái)完成電能和熱能之間相互轉(zhuǎn)換的種功能材料。由于采用熱電材料的制冷和發(fā)電系統(tǒng)具有體積小重量輕、工作中無(wú)噪音、無(wú)污染、使用壽命長(zhǎng)、易于控制等點(diǎn)，因此，熱電材料是種有廣泛應(yīng)用前景的能源替代材料，進(jìn)行新型熱電材料的研究具有其重要的意義。

   日本ADVANCE RIKO公司50多年來(lái)業(yè)從事“熱”相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)，并直走在相關(guān)域的zui前端。2018年初，Quantum Design中國(guó)子公司將日本ADVANCE RIKO公司的進(jìn)熱電材料測(cè)試設(shè)備大氣環(huán)境下熱電材料性能評(píng)估系統(tǒng)F-PEM、小型熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)Mini-PEM、熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM及塞貝克系數(shù)/電阻測(cè)量系統(tǒng)ZEM 引進(jìn)中國(guó)。

1、 大氣環(huán)境下熱電材料性能評(píng)估系統(tǒng)F-PEM
 

    F-PEM系統(tǒng)可以在大氣環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷溫差的熱電材料產(chǎn)生的發(fā)電量和熱流量進(jìn)行測(cè)量，熱電轉(zhuǎn)換效率可以通過(guò)zui大發(fā)電量和熱流量計(jì)算出。同時(shí)，該系統(tǒng)還可以長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行熱循環(huán)測(cè)試，運(yùn)用于熱電新材料的開(kāi)發(fā)，以及商用組件在負(fù)載和溫度下的耐久性測(cè)試。

圖1  大氣環(huán)境下熱電材料性能評(píng)估系統(tǒng)

2、 小型熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)Mini-PEM
 

    Mini-PEM可以通過(guò)自動(dòng)測(cè)量熱流量和發(fā)電量來(lái)獲得熱電轉(zhuǎn)換效率，電量是通過(guò)四探針?lè)ǐ@得；熱流是通過(guò)熱流計(jì)獲得。Mini-PEM體積更為小巧，操作更為簡(jiǎn)單，集成化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)小型材料塊體2-10mm² x 1-20mmH測(cè)量?？蓮V泛應(yīng)用于：發(fā)電量和熱流量測(cè)量、熱電材料模塊的熱電轉(zhuǎn)換效率計(jì)算、單熱電材料發(fā)電量及熱流測(cè)量、熱電材料性能和壽命評(píng)估等各個(gè)方向。

圖2  小型熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)Mini-PEM

3、 熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM

    熱電轉(zhuǎn)換效率是指熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的程度，通常采用提高熱電組件兩端的有效溫度梯度來(lái)提高熱電組件的轉(zhuǎn)換效率。熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM通過(guò)對(duì)熱電材料模塊提供zui大溫差500℃，可以得到維熱流量Q和zui大發(fā)電功率P，從而有效測(cè)定熱電轉(zhuǎn)換效率η。

圖3  熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM

   熱電轉(zhuǎn)換效率測(cè)量系統(tǒng)PEM通過(guò)高精度的紅外線金面反射爐可完成快速性能評(píng)估和耐力測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)熱穿透測(cè)量，加熱過(guò)程中，通過(guò)氣缸機(jī)制可以保持接觸表面的熱阻穩(wěn)定。同時(shí)在測(cè)試過(guò)程中，溫度穩(wěn)定性的判斷、自動(dòng)調(diào)節(jié)熱電發(fā)電模塊的負(fù)載以及自動(dòng)控制溫度測(cè)量，這些功能僅通過(guò)設(shè)置軟件即可自動(dòng)完成，操作十分便捷。 

4、 塞貝克系數(shù)/電阻測(cè)量系統(tǒng)ZEM

   熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)用熱電材料的塞貝克（Seebeck）效應(yīng)和帕爾貼（Peltier）效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)化，熱電技術(shù)的能量轉(zhuǎn)換效率主要取決于材料的本征物理性，通常可由無(wú)量綱的綜合指數(shù)—熱電值來(lái)衡量，而熱電值取決于材料的塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和溫度。

圖4   塞貝克系數(shù)/電阻測(cè)量系統(tǒng)ZEM

    塞貝克系數(shù)/電阻測(cè)量系統(tǒng)ZEM可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬或半導(dǎo)體材料的熱電性能的評(píng)估，材料的塞貝克系數(shù)和電阻都可以用ZEM直接測(cè)量。該設(shè)備采用溫度控制的紅外金面加熱爐和控制溫差的微型加熱器，因此能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的無(wú)污染控溫。同時(shí)，設(shè)備全自動(dòng)電腦控制，允許自動(dòng)測(cè)量消除背底電動(dòng)勢(shì)，擁有歐姆接觸自動(dòng)檢測(cè)功能。除ZEM標(biāo)準(zhǔn)配置外，還可根據(jù)用戶不同需求定制高阻型，增加薄膜測(cè)量選件、低溫選件等。

   熱電材料塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)發(fā)現(xiàn)距今已有100余年的歷史，多年來(lái)科學(xué)家已對(duì)其進(jìn)行了深入而富有成效的研究，并為如何實(shí)現(xiàn)熱電材料更大的熱電值不斷探索。隨著熱電域研究的不斷深入，希望ZEM、PEM、Mini-PEM的引入，能夠助力更多異熱電材料性能的評(píng)估與研究，堅(jiān)信我國(guó)熱電材料域?qū)?huì)進(jìn)步發(fā)展提高！