五十年热技术研发历史，ADVANCE RIKO全自动热电测量走进中国

发布日期：2019-12-09

引言

  热电材料是通过其内部载流子的移动及其相互作用，来完成电能和热能之间相互转换的一种功能材料。由于采用热电材料的制冷和发电系统具有体积小重量轻、工作中无噪音、无污染、使用寿命长、易于控制等优点，因此，热电材料是一种有广泛应用前景的能源替代材料，进行新型热电材料的研究具有极其重要的意义。

  日本ADVANCE RIKO公司50多年来专业从事“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。2018年初，Quantum Design中国子公司将日本ADVANCE RIKO公司的新先进热电材料测试设备大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM、小型热电转换效率测量系统Mini-PEM、热电转换效率测量系统PEM及塞贝克系数/电阻测量系统ZEM 引进中国。

1、 大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM

  F-PEM系统可以在大气环境下，实现对负荷温差的热电材料产生的发电量和热流量进行测量，热电转换效率可以通过大发电量和热流量计算出。同时，该系统还可以长时间运行热循环测试，运用于热电新材料的开发，以及商用组件在负载和温度下的耐久性测试。

图1  大气环境下热电材料性能评估系统

2、 小型热电转换效率测量系统Mini-PEM

  Mini-PEM可以通过自动测量热流量和发电量来获得热电转换效率，电量是通过四探针法获得；热流是通过热流计获得。Mini-PEM体积更为小巧，操作更为简单，集成化设计可实现对小型材料块体2-10mm² x 1-20mmH精准测量。可广泛应用于：发电量和热流量测量、热电材料模块的热电转换效率计算、单一热电材料发电量及热流测量、热电材料性能和寿命评估等各个方向。

图2  小型热电转换效率测量系统Mini-PEM 

3、 热电转换效率测量系统PEM

  热电转换效率是指热能和电能之间相互转换的程度，通常采用提高热电组件两端的有效温度梯度来提高热电组件的转换效率。热电转换效率测量系统PEM通过对热电材料模块提供大温差500℃，可以得到一维热流量Q和大发电功率P，从而有效测定热电转换效率η。

图3  热电转换效率测量系统PEM

    热电转换效率测量系统PEM通过高精度的红外线金面反射炉可完成快速性能评估和耐力测试，可以实现热穿透测量，加热过程中，通过气缸机制可以保持接触表面的热阻稳定。同时在测试过程中，温度稳定性的判断、自动调节热电发电模块的负载以及自动控制温度测量，这些功能仅通过设置软件即可自动完成，操作十分便捷。 

4、 塞贝克系数/电阻测量系统ZEM

  热电转换技术利用热电材料的塞贝克（Seebeck）效应和帕尔贴（Peltier）效应实现热能与电能直接相互转化，热电技术的能量转换效率主要取决于材料的本征物理特性，通常可由无量纲的综合指数—热电优值来衡量，而热电优值取决于材料的塞贝克系数、电导率、热导率和温度。

图4   塞贝克系数/电阻测量系统ZEM

    塞贝克系数/电阻测量系统ZEM可实现对金属或半导体材料的热电性能的评估，材料的塞贝克系数和电阻都可以用ZEM直接测量。该设备采用温度精确控制的红外金面加热炉和控制温差的微型加热器，因此能实现实验过程中的无污染精确控温。同时，设备全自动电脑控制，允许自动测量消除背底电动势，拥有欧姆接触自动检测功能。除ZEM标准配置外，还可根据用户不同需求定制高阻型，增加薄膜测量选件、低温选件等。  

    热电材料塞贝克效应和帕尔帖效应发现距今已有100余年的历史，多年来科学家已对其进行了深入而富有成效的研究，并为如何实现热电材料更大的热电优值不断探索。随着热电领域研究的不断深入，希望ZEM、PEM、Mini-PEM的引入，能够助力更多优异热电材料性能的评估与研究，坚信我国热电材料领域将会进一步发展提高！