日本ADVANCE RIKO公司热电材料测试设备ZEM和PEM系列产品

更新时间：2018-09-03

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引言

热电转换物理效应、热电材料及其应用技术的研究历史悠长。近20 年来，热电材料科学得到快速发展，同时，器件设计方法与集成技术也不断完善。在此背景下，QUANTUM DESIGN公司PPMS和MPMS用户——中科院上海硅酸盐所陈立东研究员等撰写了《热电材料与器件》书，不仅梳理了热电材料域的基础知识，而且还涵盖了作者本人在内的研究者们多年来在热电材料设计理论与制备科学、器件设计与集成技术等方面取得的诸多原创性重大成果，形成了有关热电材料与器件较为全面、丰富的知识体系。该书的出版为从事热电材料研究与器件研发的科研人员和工程技术人员以及在相关业学习的高等院校师生提供了很好的参考价值。

正文

日本ADVANCE RIKO公司50多年来业从事“热电材料”相关技术和设备的研究开发，并直走在相关域的前端。2018年初，Quantum Design China代理了日本ADVANCE RIKO公司的进热电材料测试设备，将小型热电转换效率测量系统Mini-PEM、泽贝克系数/电阻测量系统ZEM、热电转换效率测量系统PEM及大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM引进中国。
经过段时间的愉快合作后，2018年7月，Quantum Design China与日本ADVANCE RIKO公司正式达成协议，作为其热电材料测试设备在中国的代理商继续合作，并将日本ADVANCE RIKO公司的相关设备在中国大陆、香港和澳门进行进步推广。同时，Quantum Design China将在日本ADVANCE RIKO公司的协助下，在北京建立热电材料测试设备演示中心和技术服务中心，更好地为中国热电材料的发展提供产品展示、技术支持和售后服务。

1. 泽贝克系数/电阻测量系统ZEM
热电转换技术用热电材料的泽贝克（Seebeck）效应和佩尔捷（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性，通常可由热电值来衡量，而热电值取决于材料的泽贝克系数、电导率、热导率和温度。

图1 泽贝克系数/电阻测量系统ZEM

图2 康铜泽贝克系数测试结果

泽贝克系数/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，材料的泽贝克系数和电阻都可以用ZEM直接测量。该设备采用温度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。

2. 小型热电转换效率测量系统Mini-PEM
小型热电转换效率测量系统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3 小型热电转换效率测量系统Mini-PEM

图4 碲化铋样品热电转换效率测试结果

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5 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. 大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM
该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6 大气环境下热电材料性能评估系统F-PEM

热电材料泽贝克效应和佩尔捷效应发现距今已有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值不断探索。随着热电域研究的不断深入，希望ZEM、PEM、Mini-PEM、F-PEM的引入，能够助力更多异热电材料性能的评估与研究，坚信我国热电材料域将会进步发展提高！