Linseis > Bilgi > Termoelektrik malzemelerin analizi – değer rakamı ve ölçümü

Termoelektrik malzemelerin analizi – değer rakamı ve ölçümü

Termoelektrik malzemeler nelerdir?

Termoelektrik malzemeler ısıyı doğrudan elektrik enerjisine dönüştürebilir. Bu özellik, aşağıdaki özelliklere dayanır Seebeck etkisiBir malzemeye uygulanan sıcaklık farkının bir voltaj üretmesi. Bunun tersi, genellikle soğutma için kullanılan Peltier etkisidir. Üçüncü bir termoelektrik etki, sıcaklık gradyanının olduğu akım taşıyan bir iletken boyunca ısı taşınımını tanımlayan Thomson etkisidir.

Termal enerjiyi doğrudan kullanma imkanı nedeniyle termoelektrik malzemeler araştırma ve geliştirmenin odak noktası haline gelmiştir. Bir yandan, birincil enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretmek için kullanılabilirler; diğer yandan, atık ısıdan elektrik üretmek, böylece fosil yakıt kaynaklarını korumak ve aynı zamanda enerji tüketimini en aza indirmek caziptir. CO2 salınımı .

Seebeck etkisi tarafından indüklenen elektrik voltajı çok düşük olduğundan (genellikle birkaç ila birkaç yüz μV/K), gelişmiş termoelektrik malzemeler geliştirmek için büyük çaba sarf edilmektedir.

Klasik termoelektrik malzemeler yarı metaller ve yarı iletkenler grubundan (PSE’nin IV ila VI ana grubu) gelir veya bu gruplardaki malzemelerin alaşımlarıdır, çünkü Seebeck katsayısı özellikle yüksektir. Seebeck etkisi katkılama ile daha da arttırılabilir.

Kalite numarası nedir?

Genel olarak liyakat değeri, alternatiflere kıyasla malzeme, yöntem veya cihazların uygunluğunun bir ölçüsüdür.

Termoelektrik liyakat değeri ZT (liyakat figürü“) termoelektrik malzemelerin uygunluğunu tanımlar ve aşağıdaki gibi tanımlanır:

Denklem 1

Mümkün olan en yüksek Seebeck katsayısına ek olarak, termoelektrik malzemeler düşük termal iletkenlik ve yüksek bir elektriksel iletkenlik mümkün olduğunca. Yüksek termal iletkenliğe sahip malzemeler büyük sıcaklık gradyanlarına izin vermez; elektrik iletkenliği düşükse, kullanılabilir akımlar elde edilemez.

Buna ek olarak, liyakat ve sıcaklık farkı doğrudan bir termoelektrik ünitenin verimliliği η ile ilişkilidir, böylece ZT ve ΔT büyük değerlere sahip olduğunda bu artar

Denklem 2

Termoelektrik malzemelerin optimizasyonu

Çok çeşitli malzeme sınıfları farklı güçlerde termoelektrik etkiler sergiler. Uzun bir süre boyunca 1 değeri maksimum değer olarak kabul edilmiştir, ancak günümüzde bazı optimize edilmiş malzemeler 2 veya daha yüksek değerlere ulaşmaktadır.

Denklem 1’den de görülebileceği gibi, ZT’yi arttırmak için iki farklı yaklaşım vardır: ya S2σ güç faktörü maksimize edilebilir ve/veya termal iletkenlik minimize edilebilir. Bunu başarmak için mevcut malzemeler, örneğin katkılama yoluyla iyileştirilir ve yeni malzemeler geliştirilir. İkincisi, örneğin güç faktörünü önemli ölçüde etkilemeden termal iletkenliği büyük ölçüde azalttığı için nanoyapılandırma ile elde edilebilir. Termoelektriklerin endüstride kullanılması durumunda malzemelerin maliyeti, toksisitesi ve bulunabilirliği önemlidir.

Liyakat rakamının ölçümü

Termoelektrik liyakat değerini belirlemek için çeşitli yöntemler mevcuttur.

Bir yandan, bireysel parametreler (Seebeck katsayısı, elektriksel ve termal iletkenlik) ölçülebilir ve ZT denklem 1’e göre hesaplanabilir.
Öte yandan, ZT’yi doğrudan aşağıdaki gibi kullanmak mümkündür Harman yöntemi yöntem.

1. Denklem 1'e göre hesaplama

Çok çeşitli ti̇cari̇ ci̇hazlar elektrik iletkenliği ve Seebeck katsayısının yarı eşzamanlı ölçümü için kullanılabilir. Termal iletkenlik veya termal difüzivite genellikle lazer veya ışık flaşı yöntemi kullanılarak belirlenir. Bu yöntemin doğrudan sonucu termal difüzivitedir. Yoğunluk ve özgül ısıl iletkenlik biliniyorsa.

Termal iletkenlik aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir mi?

Tüm bu değişkenler sıcaklığa bağlıdır.

Bu, liyakat rakamını hesaplamak için toplam beş değişkenin (sıcaklığa bağlı) belirlenmesi gerektiği anlamına gelir. Literatürde bir hata analizi bulunabilir [1].

2. Harman yöntemi ile belirleme

Harman yöntemi olarak adlandırılan yöntem, liyakat rakamının doğrudan ölçülmesini sağlar. Bu amaçla, adyabatik koşullar altında çubuk şeklindeki bir numuneden küçük bir akım geçirilir. Gözlenen voltaj düşüşü omik bir bileşenden (UR; elektrik direnci) ve Seebeck etkisinin neden olduğu termoelektrik bir bileşenden (Uth; termoelektrik voltaj) oluşur. Kendiliğinden oluşan omik bileşenin aksine, Seebeck etkisinin neden olduğu bileşen yavaşça oluşur:

Kalite numarası, iki oranın bölünmesiyle elde edilir:

Denklem 4

Edebiyat:

[1] A. Alleno et al, A round robin test of the uncertainty on the measurement.of the thermoelectric dimensionless figure of merit of Co0.97Ni0.03Sb3, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 86, 011301 (2015).

[2] T.C. Harman, Journal of Applied Physics 29, 1373 (1958).

[3] T. C. Harman, J. H. Cahn ve M. J. Logan, J. Appl. Phys. 30(9), 1351 (1959).

makalesini beğendiniz mi ?

Yoksa hala sorularınız mı var? İletişime geçmekten çekinmeyin!

+49 9287 / 880 - 0

Katharina

+49 9287 / 880 - 0

+49 9287 / 880 – 0

[email protected]

Sizin de hoşunuza gidebilecek makaleler

SAN plastikleri: Mekanik stabilite için kilit faktörler olarak moleküler yönelim ve kristallik

Stiren-akrilonitril kopolimeri (SAN), %70-80 stiren ve %20-30 akrilonitrilden oluşan benzersiz malzeme kombinasyonu ile karakterize edilen çok yönlü bir mühendislik plastiğidir.

Lazer Flaş Analizörü: İnşaat sektöründe yalıtım malzemelerinin modern termal karakterizasyonu

Enerji verimliliği ve sürdürülebilirlik için artan gereksinimlerle birlikte, yalıtım malzemelerinin termal özelliklerinin hassas bir şekilde karakterize edilmesi ön plana çıkmaktadır. Isı iletkenliği (λ), hem yeni olduğunda hem de bir yapı malzemesinin tüm yaşam döngüsü boyunca yalıtım performansını değerlendirmek için anahtar parametredir.

Refrakter Alaşımlar (refrakter alaşımlar): Zorlu ortamlarda üretim ve uygulama

Tungsten, molibden, niyobyum, tantal, renyum ve vanadyum gibi malzemelerden yapılan refrakter alaşımlar, havacılık, nükleer teknoloji, yüksek sıcaklık endüstrisi, tıp teknolojisi ve elektronik alanlarındaki ekstrem uygulamalarda kilit rol oynamaktadır

Yapıştırılmış bağlantılarda termal dilatasyon farkı: Güvenilir yapıştırılmış bağlantılar için zorluklar ve çözümler

Otomotiv, havacılık ve elektronik için modern tasarım konseptlerinde, alüminyum, çelik ve karbon fiber takviyeli plastikler (CFRP) gibi çeşitli hafif malzemelerden yapılmış hibrit montajlar, yapışkan yapıştırma teknolojisi kullanılarak giderek daha fazla birleştirilmektedir.

Termal analiz, mikrofiberlerin tekstillerden dökülmesini tahmin etmeye ve azaltmaya nasıl yardımcı olur?

Otomotiv mühendisliği, havacılık ve elektronik için modern tasarım konseptlerinde, alüminyum, çelik ve karbon fiber takviyeli plastik (CFRP) gibi çeşitli hafif malzemelerden yapılan hibrit montajlar, yapıştırıcı teknolojisi kullanılarak giderek daha fazla birleştirilmektedir.

Metallerin termomekanik analizi – Çelik ve alaşımlar için güvenilir malzeme karakterizasyonu

Çelik ve metal endüstrisindeki şirketler sürekli artan taleplerle karşı karşıyadır: Bileşenler yüksek termal yüklere dayanmalı, proses pencerelerine tam olarak uyulmalı ve hedeflenen mikroyapısal değişiklikler genellikle iyileştirilmiş malzeme özelliklerinin anahtarıdır.

Linsei’nin TGA ve STA sistemleri ile demir cevherinin hidrojen indirgenmesinin gelişmiş kinetiği ve proses analizi

Demir cevherinin hidrojen ile doğrudan indirgenmesi, çelik endüstrisinin karbonsuzlaştırılması için merkezi bir öneme sahiptir. Hidrojen bazlı prosesler, karbon taşıyıcılarla yapılan geleneksel indirgemeye kıyasla CO₂ emisyonlarında önemli bir azalma sağlar.

Termal analiz yoluyla hata tespiti: DSC, katmanlı üretimde işlevsel prototipleri nasıl iyileştirir?

Katmanlı üretim, özellikle işlevsel prototiplerin geliştirilmesinde endüstriyel üretimde dönüştürücü bir teknoloji olarak kendini kanıtlamıştır.

Polikarbonat: teknik uygulamalarda şeffaflık ve darbe direnci

Polikarbonat (PC), modern malzeme teknolojisindeki en önemli mühendislik termoplastiklerinden biridir. Yüksek şeffaflık, belirgin darbe mukavemeti ve olağanüstü termal kararlılığın benzersiz kombinasyonu, onu çok sayıda endüstriyel sektörde vazgeçilmez bir malzeme haline getirmektedir.