论文总字数：24562字

摘 要

随着世界经济的不断发展，石油等一次能源日渐枯竭，热电材料作为一种新型能源材料在应用前景上表现出巨大的实际价值。利用热电材料为核心部件的装置可以制作成温差发电装置或温差电制冷装置。但是，目前较低的转换效率严重地阻碍了这种材料的发展，迫切地需要继续推进热电材料的研究工作。而准确测量热电材料的性能参数，对于研究这种材料至关重要。

本文主要叙述了各种测量热导率的方法，从而开展热电材料性能检测方法分析研究，旨在设计出一套具有适应性广，性能优异的热导率检测方法，并获得相应的检测方法的精确度等指标。

关键词：热电材料 性能检测 热导率 误差分析

Analysis and Research on Testing Methods of Thermoelectric Materials

ABSTRACT

With the continuous development of the world economy, primary energy such as petroleum is depleting, and thermoelectric materials as a new energy material show great practical value in the application prospect. A device using a thermoelectric material as a core component can be fabricated as a thermoelectric power generation device or a thermoelectric cooling device. However, the current low conversion efficiency seriously hinders the development of this material, and it is urgent to continue to advance the research work of thermoelectric materials. Accurate measurement of the performance parameters of thermoelectric materials is essential for the study of such materials.

This paper mainly describes various methods for measuring thermal conductivity, so as to carry out analysis and research on thermoelectric material performance testing methods, aiming at designing a set of thermal conductivity detection methods with wide adaptability and excellent performance. And obtain the accuracy of the corresponding detection method and other indicators.

Keyword：Thermoelectric materials; Performance testing; Thermal conductivity; Error analysis

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 热电效应 2

1.3 热电材料性能参数 3

1.3.1 电导率 3

1.3.2 塞贝克系数 5

1.3.3 热导率 6

1.4 热导率测试方案 6

1.4.1 稳态测量方法 6

1.4.2 非稳态测量方法 12

1.4.3 总结 18

1.5 实验原理 18

1.6 研究意义 21

第二章 实验方案 22

2.1 实验仪器 22

2.1.1 实验仪器 22

2.1.2 仪器主要技术参数 22

2.2 实验步骤 23

2.2.1 不良导体导热系数的测量 23

2.2.2 金属导热系数的测量 23

第三章 数据分析 24

3.1 实验数据分析 24

3.1.1 第一组实验 24

3.1.2 第二组实验 27

第四章 总结 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 文献综述

1.1 研究背景

自从1823年塞贝克效应发现至今，热电材料已经发展了近200年。由于其设备结构简单、体积小、重量轻、作用速度快、可靠性高、稳定性好、清洁无污染、使用寿命长、无噪声等优点，热电材料已经在航天、军事、生产以及日常生活中都有很多的应用。总体来说热电材料的应用主要分为三类：一方面利用热能向电能转换则是用来发电，同时也可以将其制成热电偶进行温度的精确测量，另一方面可以利用电能向热能转换则是用来制冷或制热。

在最初的时候，热电材料主要被利用在宇宙探索一类特别的领域。上世纪六七十年代，美国、前苏联等国研制出了铅-碲系中温热电偶臂以及硅-锗系高温热电偶臂，并将其用作地震仪和微波无人中继站、太空飞行器等仪器的特殊电源[1]。1962年，美国首次在卫星上安装了热电发电机，从此开创了热电发动机使用寿命长、航行距离长无需维护清洁环保的新纪元[1]。据了解，美国当时发射的旅行者1号探测器目前已经飞出太阳系，目前已经距离地球将近200亿公里了。

而如今随着世界经济的快速发展，石油、煤和天然气等一次能源日渐枯竭，人们逐渐把目光转向了可以将热能转化为电能的热电材料。热电材料作为一种新型能源材料在应用前景上表现出巨大的实际价值，例如使用热电材料可以更好地利用低品位能源进行发电，这对于解决环境和能源问题具有重要的意义。正是因为这样，各国的科研人员逐渐把目光放到了热电材料的研究上来了。例如，热电技术已经被美国、日本等发达国家放入了中长期的能源开发计划之中[2]。研究发现目前汽车燃烧汽油获得能量的效率只有仅仅25%，绝大部分的能量都散失掉了[2]。考虑到庞大的汽车用户使用基数，如果将这部分废热用温差发电技术将能量回收将带来巨大的收益。2004年，由美国能源部主持启动了一个庞大的运载工具温差发电能量回收工程[2]。该工程的目的是为了开发出高效的温差发电系统，有效地利用各种交通工具的发动机所散失的大量废热，以提升燃料的利用率。

但是，目前较高的材料成本和低热电转换效率等缺点极大地影响了热电材料的发展，迫切的需要继续推进热电材料的研究工作。同时热电材料的性能表征对于它的发展也具有重要的意义。但是目前的表征方法和结构种类繁多，而且有些方法存在设计不合理或是测试时间长、精确度不高等问题。所以设计出一套具有适应性广，性能优异的热电材料性能检测方法同样意义重大。而其中热导率又是传热的主要表征参数，正因为这样对材料热导率的研究更加具有重要的理论和实际意义。

1.2 热电效应

利用热量和电势差的相互改变就可以制成新型的热电材料。这种功能的实现得益于热电效应的发现，其本质是材料内载流子的运送。热电效应是由温度差异引起的电效应和由电流引起的可逆热效应的总称[2]。人们平时所说的热电效应包括三种，即Thomson效应、Peltier效应和Seebeck效应。

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