導讀：當今，化石能源短缺和環(huán)境污染問題凸顯，能源的多元化和高效多用成為解決能源與環(huán)境問題的個重要途徑。作為種綠色能源技術(shù)和環(huán)保型制冷技術(shù)熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)受到學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是用材料的塞貝克效應與帕爾貼效應將熱能和電能進行直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)，包括熱電發(fā)電和熱電制冷。這種技術(shù)具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物、適用溫度范圍廣等點。熱電器件可以實現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換，在廢熱回收和固態(tài)制冷域具有重要的研究價值，對熱電發(fā)電器件的能量轉(zhuǎn)換效率進行準確測量是評價熱電材料和器件性能的重要基礎。

    近期，我們在中國科學院物理研究所成功交付使用了小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM。該設備可測量熱電材料產(chǎn)生的電量及熱電轉(zhuǎn)換效率η（通過產(chǎn)生的電量和熱流來獲得）。為盡快滿足用戶的科研需求，Quantum Design中國子公司調(diào)集技術(shù)力量，在滿足防疫要求的前提下與用戶緊密合作，順完成了設備的安裝工作，所有技術(shù)指標均符合要求，設備正式交付使用。熱電材料能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能的直接轉(zhuǎn)換，具有重要的實用價值，而熱電轉(zhuǎn)換效率是衡量熱電材料這種轉(zhuǎn)換能力的個重要指標，對熱電材料的產(chǎn)業(yè)化具有重要的指導意義，目前小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)是能有效測量該指標的儀器。

Quantum Design中國子公司工程師為客戶介紹設備

    傳統(tǒng)的熱電轉(zhuǎn)換效率測量方法是將所制得的樣品（p型或n型）與標準（n型或p型）材料結(jié)合制備成器件，通過對器件進行測試得出轉(zhuǎn)換效率。近年來，ADVANCED RIKO公司創(chuàng)新性地研發(fā)了全新的小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM，其能以單腿器件為樣品，通過測試樣品的熱流及發(fā)電量再結(jié)合理論計算得到熱電轉(zhuǎn)換效率。

Mini-PEM的樣品連接方式

    近期Mini-PEM用戶，昆明理工大學材料學院教授葛振華、馮晶等通過將Ru納米粉體摻雜至商業(yè)碲化鉍中，實現(xiàn)了細晶強化。通過晶界對電子和聲子的散射，有效提高了塞貝克系數(shù)，降低了熱導率。材料在425K的ZT值達到0.93。使用Mini-PEM對單腿n型碲化鉍的熱電轉(zhuǎn)換效率進行了表征，相比純商業(yè)樣品提升了91%。相關(guān)研究成果以Simultaneous Enhancement of Thermoelectric Performance and Mechanical Properties in Bi₂Te₃ via Ru compositing為題發(fā)表在化工域Top期刊Chemical Engineering Journal上^[1]。

    該工作中，材料的高溫塞貝克系數(shù)和電阻率是采用日本ADVANCE RIKO公司生產(chǎn)的塞貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM-3測得的；單腿樣品的熱電轉(zhuǎn)換效率是使用日本ADVANCE RIKO公司生產(chǎn)的小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM測得。另外，材料在室溫（291K）的載流子濃度與載流子遷移率使用Quantum Design公司研發(fā)的綜合物性測量系統(tǒng)PPMS測得。

    日本ADVANCE RIKO公司成立近60年來業(yè)從事“熱”相關(guān)技術(shù)和設備的研究開發(fā)，并直走在相關(guān)域的前端，為各地的科學研究及生產(chǎn)活動提供了諸如紅外加熱、熱分析/熱常數(shù)測量等系統(tǒng)。2018年初，Quantum Design 中國子公司將日本ADVANCE RIKO公司的新進熱電材料測試設備：小型熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)Mini-PEM、塞貝克系數(shù)/電阻測量系統(tǒng)ZEM、熱電轉(zhuǎn)換效率測量系統(tǒng)PEM及大氣環(huán)境下熱電材料性能評估系統(tǒng)F-PEM引進中國。

    2018年7月，Quantum Design China與日本ADVANCE RIKO達成協(xié)議，作為其熱電材料測試設備在中國的代理商繼續(xù)合作，攜手將日本ADVANCE RIKO進的熱電相關(guān)設備介紹到中國。

    目前，所有中國用戶購買的日本ADVANCE RIKO熱電產(chǎn)品，均由Quantum Design中國子公司的工程師團隊負責安裝及售后服務。同時，Quantum Design 中國子公司在日本ADVANCE RIKO公司的協(xié)助下，在北京建立部分熱電設備示范實驗室和用戶服務中心，更好的為中國熱電技術(shù)的發(fā)展提供設備支持和技術(shù)服務。

參考文獻：

【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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