1821年，德國科學家塞貝克(Seebeck) 將兩種不同的金屬導線連接在一起構(gòu)成一個電流回路,，并在兩個結(jié)點處保持不同的溫度,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)導線周圍的指南針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。因此,，這種由于溫差產(chǎn)生電勢的效應(yīng)被稱為塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect),。而導線兩端的電壓差與溫度差的比值，就稱為塞貝克系數(shù),。
1834年,，法國科學家帕爾貼(Peltier)發(fā)現(xiàn)了塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)。他將兩種金屬導線連接在一起并通以電流,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)接頭處的水結(jié)成了冰，這種現(xiàn)象為珀爾帖效應(yīng),。
1856年,，英國物理學家湯姆遜發(fā)現(xiàn)如果在有溫度梯度的均勻?qū)w中通過電流時，導體中除了產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外,，還要吸收或放出一定的熱量,， 這一現(xiàn)象定名為湯姆遜效應(yīng),。
那么，為什么會有這種熱電現(xiàn)象呢,？上圖是半導體材料的塞貝克效應(yīng)(圖左)和珀爾帖效應(yīng)(圖右)的示意圖,。
當對半導體兩端造成溫差時，熱端載流子(電子或者空穴)具有比冷端附近載流子更高的動能,，而且熱端受激發(fā)進入導帶或價帶的載流子也會更多,，從而造成了載流子從熱端向冷端擴散。而載流子的聚集會形成電場,，從而阻礙擴散,。當達到一個平衡時，載流子不再擴散,，半導體兩端產(chǎn)生出一個電動勢,。這就是溫差發(fā)電。那么它的逆過程又是如何呢,？不同的半導體中載流子的勢能不同,，因此在異種材料的結(jié)合處與晶格發(fā)生能量交換，在宏觀上就產(chǎn)生界面附近的吸熱或放熱現(xiàn)象,。
看到這里,，相信很多人會想到熱電材料可以用來發(fā)電或者制冷。
熱電材料溫差發(fā)電技術(shù)zui早開始于20世紀40年代,。相比于其他發(fā)電技術(shù),，溫差發(fā)電有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用,、無運動部件,、無噪聲、 使用壽命長等特點,，在航天,、航空、軍事等領(lǐng)域得到應(yīng)有,。隨著技術(shù)發(fā)展,，溫差發(fā)電在利用太陽能、地熱能,、工業(yè)廢熱,、汽車尾氣廢熱、人體熱方面也有應(yīng)用,。
而熱電制冷主要應(yīng)用有民用領(lǐng)域的車載冰箱,、除濕器、小型飲料機,、車用冷杯,、冷帽,、汽車座椅、化妝品存儲箱等,，以及電子領(lǐng)域的CPU測試平臺,、冷風裝置、冷卻板,、大功率LED散熱器,、投影儀制冷等。
同樣是溫差發(fā)電或者電致冷,，哪種材料的效果更好,？德國科學家艾特克西(Altenkirch)指出，一種良好的熱電材料必須具備較大的塞貝克系數(shù),、較高的電導率,、較低的熱導率。因此材料的熱電性能就可以用一個統(tǒng)一的ZT值來表示,。ZT值越高,，材料的zui大轉(zhuǎn)換效率越高。一般而言,，ZT值大于1,，方有實用價值。
熱電優(yōu)值難以獲得突破的關(guān)鍵因素在于決定ZT值的三個參數(shù)(電導率,、塞貝克系數(shù)和熱導 率)之間的相互關(guān)聯(lián),，很難通過獨立調(diào)控某個參數(shù)實現(xiàn)ZT值的大幅提升。增加載流子濃度會提高電導率,，但同時會減小塞貝克系數(shù)并增大載流子熱導率,。增大載流子有效質(zhì)量則提高了塞貝克系數(shù)，但理論上對遷移率有著不利影響,。
目前,，已發(fā)現(xiàn)ZT值大于2的熱電材料，但仍然還需要更進一步的提高,。
為了得到合適的材料,，了解用來描述這種效率(如ZT 值，優(yōu)值系數(shù)圖)的材料的相關(guān)熱物理性質(zhì)是很重要的,。如以下方程所示：
· S = 塞貝克系數(shù)(反映材料的熱電勢)[mV/K]
· σ = 材料的電導率 [1/m]
· λ = 材料總的熱導率 [W/(m·K)]
· T = 溫度
一個有效的熱電材料,，應(yīng)該具有較高的電導率，較大的塞貝克系數(shù)和較低的導熱系數(shù),。一種材料在熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域能夠被應(yīng)用到何種程度,，很大程度上取決于該材料的性能。
針對這些需求, 下面介紹的就是可以同步測定塞貝克系數(shù)和電導率的儀器產(chǎn)品：塞貝克/電導率儀
塞貝克系數(shù)測試原理：
賽貝克系數(shù)即A,、B兩個熱電偶的電勢差除以溫度T1和T2的差,。棱柱或圓柱形樣品垂直放在上下電極之間。爐體加熱到設(shè)定溫度,，下電極處加熱使樣品形成需要的溫度梯度,。
電阻率測試原理
電阻應(yīng)用四端法測得,可以通過測量通入的恒定電流值I以及探針A和B之間的電壓V得到。
R = V/I
樣品的電阻率可以通過樣品的截面積,，探針A,，B之間的距離推導得到。
電阻率= 電阻“R” × (截面積/探針間距)
(BiSb)2Te3合金材料
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