熱電材料項(xiàng)目分析

熱電材料項(xiàng)目分析熱電材料項(xiàng)目分析熱電材料項(xiàng)目分析V:1.0精細(xì)整理，僅供參考熱電材料項(xiàng)目分析日期：20xx年X月熱電空調(diào)項(xiàng)目分析報(bào)告一、項(xiàng)目背景進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著全球環(huán)境污染和能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，以及對人類可持續(xù)發(fā)展的廣泛關(guān)注，開發(fā)新型環(huán)保能源替代材料已越來越受到世界各國的重視。1、能源短缺隨著全球工業(yè)化的進(jìn)程，人類對能源消耗的需求不斷增長，回顧近100年能源工業(yè)的發(fā)展歷史，可以清楚地看到，整個(gè)能源工業(yè)的消耗主要以化石類能源為主。人類正在消耗地球50萬年歷史中積累的有限能源資源，煤和石油作為能源的載體，極大地解放了生產(chǎn)力，推動了全球工業(yè)化的進(jìn)程，同時(shí)也向人類敲響了警鐘：常規(guī)能源己面臨枯竭。由于常規(guī)能源的有限性和分布的不均勻性，造成了世界上大部分國家能源供應(yīng)不足，不能滿足其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。從長遠(yuǎn)來看，全球已探明的石油儲量只能用到2020年，天然氣也只能延續(xù)到2040年左右，即使儲量豐富的煤炭資源也只能維持二三百年。因此，如不盡早設(shè)法解決化石能源的替代能源，人類遲早將面臨化石燃料枯竭的危機(jī)局面。2、環(huán)境污染當(dāng)前由于燃燒煤、石油等化石燃料，僅我國每年就將有近百萬噸CO2、二氧化硫、氮氧化物等有害物質(zhì)拋向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨，惡化地球環(huán)境。直接影響人類的身體健康和生活質(zhì)量，嚴(yán)重污染水土資源。這些問題最終將迫使人們改變能源結(jié)構(gòu)，依靠利用太陽能等可再生潔凈能源來解決。3、溫室效應(yīng)化石能源的利用不僅造成環(huán)境污染，同時(shí)由于排放大量的溫室氣體而產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化。這一問題已提到全球的議事日程，其影響甚至已超過了對環(huán)境的污染，有關(guān)國際組織已召開多次會議，限制各國CO2等溫室氣體的排放量。二、熱電材料介紹什么是熱電材料呢?zé)犭姴牧鲜且环N利用固體內(nèi)部載流子運(yùn)動實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。人們對熱電材料的認(rèn)識具有悠久的歷史。1823年，德國人塞貝克（Seebeck）發(fā)現(xiàn)了材料兩端的溫差可以產(chǎn)生電壓，也就是通常所說的溫差電現(xiàn)象。1834年，法國鐘表匠珀耳帖（Peltier）在法國《物理學(xué)和化學(xué)年鑒》上發(fā)表了他在兩種不同導(dǎo)體的邊界附近（當(dāng)有電流流過時(shí)）所觀察到的溫差反常的論文。這兩個(gè)現(xiàn)象表明了熱可以致電，而同時(shí)電反過來也能轉(zhuǎn)變成熱或者用來制冷，這兩個(gè)現(xiàn)象分別被命名為塞貝克效應(yīng)和珀耳帖效應(yīng)。它們?yōu)闊犭娔芰哭D(zhuǎn)換器和熱電制冷的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，熱電材料的應(yīng)用很神奇，它通入電流之后會產(chǎn)生冷熱兩端，故可以用來冷卻也可以用來保溫。而如果同時(shí)在兩端接觸不同溫度時(shí)，則會在內(nèi)部回路形成電流，溫差越大產(chǎn)生的電流越強(qiáng)，這就啟發(fā)了一種新思維：用熱電材料接收外界熱源來產(chǎn)生電力。這種概念并不是空中樓閣，目前日本和德國都已開發(fā)出利用人體體溫與外界環(huán)境溫度差異，進(jìn)而產(chǎn)生電力來驅(qū)動手表。熱電材料的選擇可依其運(yùn)作溫度分為三類：1、碲化鉍及其合金：這是被廣為使用于熱電致冷器的材料，其最佳運(yùn)作溫度<450℃。2、碲化鉛及其合金：這是被廣為使用于熱電產(chǎn)生器的材料，其最佳運(yùn)作溫度大約為1000℃。3、硅鍺合金：此類材料亦常應(yīng)用于熱電產(chǎn)生器,其最佳運(yùn)作溫度大約為1300℃。三、熱電材料優(yōu)缺點(diǎn)制造熱電發(fā)電機(jī)或熱電致冷器的材料稱為熱電材料，是一種能實(shí)現(xiàn)電能與熱能交互轉(zhuǎn)變的材料。其優(yōu)點(diǎn)如下:（1）體積小,重量輕，堅(jiān)固,工作中無噪音;（2）溫度控制可在±℃之內(nèi);（3）不必使用CFC(CFC氯氟碳類物質(zhì)，氟里昂。被認(rèn)為會破壞臭氣層)，不會造成任何環(huán)境污染;（4）可回收熱源并轉(zhuǎn)變成電能(節(jié)約能源)，使用壽命長，易于控制；（5）節(jié)能效果明顯。雖然其優(yōu)點(diǎn)眾多，但利用熱電材料制成的裝置其效率(<10%)仍遠(yuǎn)比傳統(tǒng)冰箱或發(fā)電機(jī)小。所以若能大幅度提升這些熱電材料的效率，將對廣泛用于露營的手提式致冷器，太空應(yīng)用和半導(dǎo)體晶片冷卻等產(chǎn)生相當(dāng)重要的影響。另外，一般來說熱電材料的力學(xué)性能較差，以Bi2Te3為例，該材料的結(jié)構(gòu)為-Te-Bi-Te-Te-Bi-Te-層狀結(jié)構(gòu)，在Te-Te之間為vanderWaalsbonding，容易斷裂，所以BiTe材料在收到壓力時(shí)Te-Te層易產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致斷裂，變形。這使得該材料的使用壽命以及范圍大大降低。四、熱電材料應(yīng)用熱電制冷應(yīng)用：1、軍工方面:半導(dǎo)體制冷應(yīng)用在潛艇空調(diào)及其它特種船舶空調(diào)上早在六十年代美國就已開始大規(guī)模研究。在國內(nèi)一九六七年開始了將半導(dǎo)體制冷應(yīng)用到艦艇上作為空調(diào)器的科研項(xiàng)目。由于目前半導(dǎo)體制冷材料十分昂貴,整機(jī)造價(jià)很貴,不宜民用。在導(dǎo)彈、雷達(dá)裝置中的紅外探測器件冷卻上使用半導(dǎo)體制冷已較為廣泛由于降低了紅外探測器的工作溫度,可大大提高信噪比,從而提高了使用效率。這類制冷器尺寸在3×10-8m2左右,制冷功率為幾個(gè)毫瓦級,采用半導(dǎo)體制冷是唯一可行的方案，國內(nèi)也有這種系列產(chǎn)品的生產(chǎn)。多功能頭盔在國外已應(yīng)用于宇宙飛行。其中一個(gè)重要要功能即為半導(dǎo)體制冷器對頭部的恒溫。尤其在宇宙飛行中,艙位有限,這種有恒溫功能的頭盔起到了良好作用。由于坦克艙內(nèi)溫度高達(dá)40℃,為改善駕駛員的操作條件,有清醒的頭腦,來提高作戰(zhàn)能力。這種對駕駛員頭部能達(dá)到冷卻、降溫的頭盔是一種極好的應(yīng)用。其它如應(yīng)用在航空設(shè)備的冷卻上,如對某設(shè)備組件的空調(diào)、冷卻系統(tǒng),因體積小、調(diào)節(jié)方便而廣泛應(yīng)用。2、電子儀器方面在大規(guī)模集成電路、光敏器件、功率元件、高頻晶體竹等電子元器件的冷卻上,半導(dǎo)體制冷器已被廣泛采用。在國外也大規(guī)模采用半導(dǎo)體制冷來達(dá)到這些元器件冷卻的目的。隨著科學(xué)技術(shù)向高精尖發(fā)展,對各電子元、器件的溫度性能要求越來越苛刻,而利用半導(dǎo)體制冷器件的正反向工作特性,創(chuàng)造一個(gè)從+80℃~50℃較寬的高低溫條件,來測試電子元器件的性能的高低溫測試設(shè)備是必不可少的。因?yàn)橛冒雽?dǎo)體制冷器配套而成的這種高低溫測試設(shè)備體積小,能逐點(diǎn)控溫,操作方便。對參量放大器,變?nèi)荻O管的冷卻是半導(dǎo)體制冷發(fā)揮作用的獨(dú)到之處。衛(wèi)星地面站是跟蹤衛(wèi)星并接收衛(wèi)星信號的一個(gè)綜合設(shè)備,在該裝置中配以半導(dǎo)體制冷,提高信號的接收能力和清晰率.低溫紅外標(biāo)準(zhǔn)輻射源,作為一種計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)溫度,可精密控制溫度作標(biāo)準(zhǔn)背景的必不可少的儀器設(shè)備,是一種高精度的設(shè)備,半導(dǎo)體制冷器是該儀器中的一個(gè)重要部件,現(xiàn)該產(chǎn)品在國外同類型產(chǎn)品中已達(dá)到國際水平。半導(dǎo)體制冷熱電偶零點(diǎn)基準(zhǔn)儀的出現(xiàn)和使用是對傳統(tǒng)使用的以冰塊作為零度基準(zhǔn)點(diǎn)的重大創(chuàng)新，使操作臺因沒有水和冰塊的容器而顯得干凈、干燥。它操作方便,零點(diǎn)準(zhǔn)確。對熱攝像儀,電沉攝像管和電視攝像儀的冷卻,配用半導(dǎo)體制冷器最為理想。達(dá)到了提高攝像的清晰度和分辨率的目的,又不至增加儀器的體積和重星。微型半導(dǎo)體制冷器在紅外探測器上的應(yīng)用正在不斷擴(kuò)大。把硫化侶、硒化侶與二級微型半導(dǎo)體制冷器組裝而成的該產(chǎn)品具有探測率高,體積小,工藝結(jié)鉤簡單等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用在飛機(jī)噴管、高壓電纜過熱點(diǎn)、森林防火、火車熱軸、工業(yè)過程控制等部門。在激光信頻發(fā)生器冷卻裝置上,應(yīng)用半導(dǎo)體制冷由上海激光研究所已獲得成功，作為一種儀器該研究所已推向?qū)嵱?。光電倍增管上?yīng)用了半導(dǎo)體制冷器的冷卻,可使管上暗流降低到二十分之一至三十分之一，從而提高了光電倍增管在該儀器中的技術(shù)性能。為保證電子計(jì)算機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的穩(wěn)定性和精確度,對電子計(jì)算機(jī)內(nèi)部的冷卻,即將一水導(dǎo)體制冷器作為計(jì)算機(jī)的一部份,安裝在其內(nèi)部,亦可對個(gè)別要求高的元器件單獨(dú)冷卻,改善這些元器件的工作環(huán)境溫度,從而提高了計(jì)算機(jī)的精度和使用壽命。新興的光導(dǎo)纖維通訊在國內(nèi)發(fā)展迅速。在應(yīng)用半導(dǎo)體制冷器冷卻某部件后,大大提高了通訊部什的性能現(xiàn)己接近國外進(jìn)口設(shè)備部件中同類型的半導(dǎo)體制冷器件的性能。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,為更新通訊系統(tǒng)的陳舊設(shè)備,提高通訊效率，半導(dǎo)體制冷將在新一代的光導(dǎo)纖維通訊系統(tǒng)中起著不可估量的作用。大型變壓器中油冷劑的含水問題,一直是難以解決的關(guān)鍵。近二年半導(dǎo)體制冷應(yīng)用的不斷擴(kuò)大,延伸,終于選擇采用半導(dǎo)體制冷器作為變壓器的一個(gè)附件,達(dá)到對油冷劑除濕的口的,解決了這個(gè)老大難問題，由于它連續(xù)工作,無噪音,適用于安放在變壓器房內(nèi)主作,目前已廣泛應(yīng)用在各大型變電端中以替代傳統(tǒng)的硅膠除濕方法連續(xù)運(yùn)行。3、石油化工方面半導(dǎo)體制冷在石油產(chǎn)品測定儀器上的應(yīng)用已使該儀器成為一項(xiàng)指定專用的標(biāo)準(zhǔn)儀器。各油庫和油站必用的測定儀器采用三級半導(dǎo)體制冷器從+20℃~-70℃可逐點(diǎn)恒溫,它代替了二氧化碳干冰制冷、操作方便,冷卻速度快。尤其適用于缺少冷劑的地區(qū)。除此外,該儀器還可用作其它領(lǐng)域的各種液相,油相的低溫實(shí)驗(yàn)。大批雄偉的高層建筑拔地而起,標(biāo)志著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展,但消防滅火器具迫切需要改進(jìn)。有關(guān)消防滅火器具研究采用了由半導(dǎo)體制冷器配置成的對滅火制劑的低溫性質(zhì)和性能測試的儀器?，F(xiàn)已規(guī)定作為對消防滅火制劑測定的專用儀器,并推廣應(yīng)用于各個(gè)消防系統(tǒng),精密恒溫裝置是利用半導(dǎo)體制冷有較寬的溫度范圍,它有正反向性工作的特性,從低于室溫至高于室溫和連續(xù)控溫的特點(diǎn),利用半導(dǎo)體制冷器配套成的這種低溫測試臺,體積小,控溫穩(wěn)定，操作方便,廣泛應(yīng)用于各實(shí)驗(yàn)寶。為控制化學(xué)反應(yīng),生物制品,細(xì)胞培養(yǎng)等部門提供了良好的條件。其它如標(biāo)準(zhǔn)電器(電阻、電容、電池)的恒溫槽,分光光度計(jì)試槽恒溫,半導(dǎo)體光刻，化學(xué)蝕刻恒濕槽,比重測定器等量器的恒溫制冷。蒸餾與分餾的主要關(guān)鍵技術(shù),是在于對溫度的控制上。而蒸餾和分餾的裝置在石油及化工的生產(chǎn)過程中,以及實(shí)驗(yàn)室,為達(dá)到不同產(chǎn)品在不同溫度中分離的目的,而采用半導(dǎo)體制冷的設(shè)備是一種理想的設(shè)備。它體積小,操作方便,控溫穩(wěn)定,可深低溫,改革了一直傳統(tǒng)用冰瓶來操作的不穩(wěn)定方法，很有使用價(jià)值.石油低溫粘度,齒輪油表觀粘度測定儀,使用更為直觀方便,可直接透過窗口觀察冷阱內(nèi)油品在低溫下的物理狀態(tài).還有液體密度測驗(yàn)器等，又開發(fā)了在石油油品測定中的新應(yīng)用。4、醫(yī)療、衛(wèi)生、環(huán)保方面半導(dǎo)體制冷器在醫(yī)療衛(wèi)生中的應(yīng)用是較早的。利用半導(dǎo)體制冷器的體積小,能降溫的特點(diǎn),制成冷帽、冰毯等降溫裝置,可局部也可全身對高燒病人降溫。以及低溫麻醉器,體外循環(huán)用半導(dǎo)體制冷冷卻器,對病人在手術(shù)進(jìn)行降低體溫,減慢血液循環(huán),減少病人痛苦,為方便手術(shù),有著優(yōu)異的作用，還可制成深度冷凍器,對皮膚瘡傷的冷療器,能抑制新組織不規(guī)則的生長,從而使新生皮膚平整光滑。醫(yī)療工業(yè)中對生物制品的合成和提取,對溫度的要求較高。這些生物制品反應(yīng)槽,由于體積比其它控溫槽來得小,結(jié)構(gòu)簡單,其使用控溫穩(wěn)定,又可靈活組合成單槽和多槽,單控和群控,深受生物制品行業(yè)的歡迎。應(yīng)用半導(dǎo)體制冷的白內(nèi)障摘除器,進(jìn)行白內(nèi)障摘除的優(yōu)點(diǎn)是手術(shù)力便,制冷功率大,冷卻速度快,通電三分鐘左右,冷頭就可結(jié)霜,即可以做手術(shù)。尤其在農(nóng)村中,因?yàn)榭梢源娓杀玫綉?yīng)用,并有推廣價(jià)值。目前在生物、植物、獸牧等研究單位,和各醫(yī)院病理科和臨床切片化驗(yàn)室都廣為使用。并比國外進(jìn)口的同類切片機(jī)更容易操作,價(jià)格便宜。對貴重藥品,血漿儲運(yùn)罐,采用半導(dǎo)體制冷器做成存放藥品,血漿的容器,可長期恒溫保存。特點(diǎn)是體積小、運(yùn)輸方便、攜帶方便。在新興的環(huán)境大氣監(jiān)察儀器上,半導(dǎo)體制冷開始作為氣相分析在該監(jiān)察儀器的低溫部得到大量應(yīng)用。為X光機(jī)配置采用半導(dǎo)體制冷作恒溫槽來顯影,定影在目前市場上已有產(chǎn)品并廣為應(yīng)用,深受歡迎。因無噪音,操作方便,溫控穩(wěn)定,顯影效果好。5、汽車方面電動汽車因其綠色環(huán)保、節(jié)約能源日益受到各國學(xué)術(shù)界的關(guān)注。純電動汽車的電能非常寶貴，如果仍然采用燃油車壓縮式的空調(diào)，能耗高，對車載電源系統(tǒng)提出了新的挑戰(zhàn)。采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)設(shè)計(jì)冷風(fēng)系統(tǒng)，既滿足了人在車內(nèi)的舒適性，同時(shí)又節(jié)能、環(huán)保。半導(dǎo)體制冷空調(diào)器與壓縮式制冷空調(diào)器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)簡單，沒有機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，工作時(shí)無噪聲、無磨損、無震動、壽命長、維修方便，可靠性高；(2)不使用制冷劑，故無泄漏、無污染；(3)直流供電，電流方向轉(zhuǎn)換方便，可冷熱兩用；(4)重量、尺寸較小，便于安裝；(5)熱慣性小，負(fù)荷可調(diào)性強(qiáng)，調(diào)節(jié)和控制方便；(6)工作狀態(tài)不受重力場的影響。在最近研究表明，與太陽能動力結(jié)合的半導(dǎo)體制冷空調(diào)積極推動新能源汽車的發(fā)展。如果改變半導(dǎo)體制冷裝置的電流方向，可以作為取暖裝置，能夠用做汽車室內(nèi)的暖空調(diào)，或者用于去除前擋風(fēng)玻璃的霜凍，提高駕駛員的視覺效果。半導(dǎo)體冰箱起源于俄羅斯在航天飛行上對飛行器的冷熱需求而做的發(fā)明，制冷制熱均可。在普遍情況下半導(dǎo)體冰箱制冷其最多能夠達(dá)到零下5℃，但是其制熱溫度卻能夠達(dá)到65℃，是其它的保暖、保溫冰箱所無法比擬的。半導(dǎo)體止磕器近幾年在國內(nèi)外已廣為應(yīng)用.在國外并作為配套用具在汽車、輪船、火車的駕駛室和駕駛艙內(nèi)。當(dāng)半導(dǎo)體制冷的止磕器,接觸在額頭上,或太陽穴上,便可對該處皮下大血管血液起到冷卻的刺激作用,以消除磕睡,所以適合用于長途汽車、火車、輪船以及火車等駕駛員。這個(gè)冷熱均制的優(yōu)勢使得半導(dǎo)體冰箱能夠?yàn)殚L途開車的人帶來極大的便利。用于出門旅游及野餐，可以充分發(fā)揮其輕便的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代汽車隨著電子技術(shù)及各類型車用電子裝置的組裝技術(shù)發(fā)展，成為了具有高度整合性的電子系統(tǒng)。目前汽車電子設(shè)備中所使用的功率元件，在經(jīng)過一段長時(shí)間進(jìn)行通電，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部或機(jī)殼的溫度有可能會超過100℃，大大地增加車用電子設(shè)備的故障概率。因此采用半導(dǎo)體冷卻系統(tǒng)可以使它們維持低溫或恒溫的工作條件。例如對車內(nèi)大規(guī)模集成電路、光敏器件、功率器件、高頻晶體管等電子元器件的冷卻或恒溫。在現(xiàn)在汽車高精尖科技領(lǐng)域內(nèi)，常對各種電子元器件的溫度性能要求很高，半導(dǎo)體制冷其溫控精度高的特點(diǎn)正可以滿足其要求。6、家用電器方面半導(dǎo)體制冷利用在牛奶、啤酒的冰鎮(zhèn)器,以及冷杯等夏天用家用器具正在逐步開發(fā)中。對進(jìn)一步開發(fā)和推向民用的廣寬領(lǐng)域有著積極的意義。溫差發(fā)電應(yīng)用：1、太陽能發(fā)電太陽能是人類可直接利用的清潔能源之一。在尋找新能源的探索中，太陽能無疑是目前最好的選擇。溫差發(fā)電開辟了利用太陽能的一個(gè)新途徑。太陽能溫差發(fā)電技術(shù)是先通過集熱器將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，再利用塞貝克效應(yīng)(溫差電效應(yīng))將熱能轉(zhuǎn)換為電能。傳統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電方式都用發(fā)電機(jī)或蒸汽輪機(jī)作原動機(jī)，噪聲很大，并普遍造成環(huán)境的變遷與污染。此外，這些帶運(yùn)動部件的系統(tǒng)都包含了一定的維護(hù)工作量和必須的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，只有在發(fā)電容量較大的場合才能獲得良好的技術(shù)指標(biāo)。無運(yùn)動部件、無噪聲且不需要維護(hù)的溫差發(fā)電技術(shù)則能夠大大簡化太陽能發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并可以根據(jù)負(fù)荷靈活調(diào)整溫差發(fā)電模塊的數(shù)量，滿足對中、小發(fā)電量的要求。2004年泰國學(xué)者研究了一種太陽能溫差發(fā)電屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，他在屋頂設(shè)置了熱電轉(zhuǎn)換器件，利用銅板吸收太陽能輻射熱使熱電轉(zhuǎn)換器件的熱端溫度升高，與環(huán)境之間形成溫差，進(jìn)行發(fā)電。近年，武漢理工大學(xué)張清杰教授同日本科學(xué)家新野正之合，提出了將基于高效熱電材料的太陽能熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)與基于光伏電池材料的太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行集成復(fù)合的太陽能熱電光電復(fù)合發(fā)電技術(shù)的新的科學(xué)構(gòu)想，得到我國NSFC和日本JST重大國際合作研究項(xiàng)目的支持，研制出了具有中日雙方各50％知識產(chǎn)權(quán)的國際上第一臺太陽能熱電光電復(fù)合發(fā)電的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并試驗(yàn)成功，開辟了太陽能全光譜(200～3000nm)直接高效發(fā)電技術(shù)的新途徑。2、工業(yè)余熱發(fā)電隨工業(yè)化進(jìn)程的加快，各種制造業(yè)和加工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣和廢液成倍增加，其中的余熱相當(dāng)可觀，工業(yè)余熱的合理利用是解決能源短缺問題的一個(gè)重要方面。利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行工業(yè)余熱發(fā)電，可降低成本提高能源的利用率，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效應(yīng)。2006年我國工業(yè)耗能萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，工業(yè)生產(chǎn)能源利用效率的提高對國家整體能源利用效率的提高具有決定性的作用。而其中，工業(yè)余熱的回收利用是提高工業(yè)能源利用效率的重要途徑。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，一個(gè)年產(chǎn)鋼鐵500萬噸的鋼鐵企業(yè)僅燒結(jié)及飽和蒸汽兩項(xiàng)余熱發(fā)電，即可全年發(fā)電億度，可直接為企業(yè)減少生產(chǎn)成本1億多元。應(yīng)用溫差發(fā)電技術(shù)回收利用工業(yè)余熱能量，無能源成本投入，一次性成本為系統(tǒng)設(shè)備制造與安裝成本。因?yàn)椋瑴夭畎l(fā)電技術(shù)無工作介質(zhì)、無運(yùn)動部件，系統(tǒng)運(yùn)行成本將十分低廉。當(dāng)前，溫差發(fā)電器件在實(shí)驗(yàn)室條件下的熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到14％以上，按照50％的轉(zhuǎn)換因數(shù)計(jì)算，實(shí)際余熱回收系統(tǒng)的熱電效率可以達(dá)到7％以上。按照40％的余熱資源率計(jì)算，2006年溫差發(fā)電技術(shù)可為工業(yè)部門節(jié)省能源4900萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。利用溫差發(fā)電技術(shù)進(jìn)行工業(yè)余熱發(fā)電，可以提高能源利用率，降低成本，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)能夠減少污染物排放，改善環(huán)境。3、汽車廢熱利用隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛消耗的能源與日俱增，汽車的節(jié)能也越來越受關(guān)注。然而，以現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)指標(biāo)評估，燃油中60％左右的能量沒有得到有效利用，絕大部分以余熱的形式排放到大氣中，回收這些能量進(jìn)行循環(huán)利用作為一種最直接的節(jié)能方式越來越被大家所重視。因此利用溫差發(fā)電技術(shù)，回收汽車尾氣余熱發(fā)電是一個(gè)很好的節(jié)能途徑，具有獨(dú)特的優(yōu)勢和良好的應(yīng)用前景。近年來，車用發(fā)動機(jī)余熱溫差發(fā)電技術(shù)發(fā)展很快，轉(zhuǎn)換規(guī)模在數(shù)十瓦至上千瓦之間在國外，GM、BMW、Nissan和Delphi等汽車業(yè)巨頭也都在作這方面的研究，他們使用價(jià)格昂貴的高溫?zé)犭姴牧咸嵘裏犭娹D(zhuǎn)換效率。BMW以高溫?zé)犭姴牧细采w發(fā)動機(jī)外壁直接從發(fā)動機(jī)機(jī)體回收熱量，能夠回收十幾千瓦的能量。據(jù)介紹，高效回收的電能將會超出一輛汽車所需要的正常用電。多出來的這部分可以儲存作為汽車輔助動力從而形成混合動力區(qū)驅(qū)動車輛，而這也是余熱回收發(fā)電技術(shù)的最終目的。4、其他分散熱源海洋溫差能，地?zé)崮艿茸匀粺岫际亲匀毁x予人類取之不盡的綠色能源，溫差發(fā)電技術(shù)能夠直接將上述的新能源轉(zhuǎn)化為電能。此外，利用人體與環(huán)境的溫差，或者利用人沐浴后浴缸中剩余水的余熱，也可以進(jìn)行溫差發(fā)電，提供個(gè)人電器的能量消耗。五、熱電材料研究現(xiàn)狀熱電材料塞貝克效應(yīng)和帕爾帖效應(yīng)發(fā)現(xiàn)距今已有100余年的歷史，無數(shù)的科學(xué)家已對其進(jìn)行了深入而富有成效的研究和探索，取得了輝煌的成果。美國GMZEnergy公司2008年4月22日宣布推出一款突破性的新型材料，有助于制造新一代更加清潔、能效更高的產(chǎn)品。這種新型熱電材料使用了納米技術(shù)，清潔環(huán)保，能夠有效地將廢棄的熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而為綠色消費(fèi)品及工業(yè)品的發(fā)展鋪平道路，推動未來的可持續(xù)發(fā)展。該款GMZ材料功能眾多、應(yīng)用廣泛。它能優(yōu)化電冰箱及空調(diào)的制冷功能，并能利用汽車尾氣排放系統(tǒng)的熱源產(chǎn)生動力。由于GMZ材料已經(jīng)研發(fā)成功，并具有成本效益及易于采用等特點(diǎn)，因此具備商業(yè)可行性。它可以用于現(xiàn)今許多產(chǎn)品，能減少能源消耗和溫室氣體排放。美國物理學(xué)家組織網(wǎng)2011年2月16日報(bào)道，美國能源部阿姆斯國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，只需在一種熱電材料中摻雜1%的稀土元素鈰或鐿，就可將這種熱電材料的轉(zhuǎn)換效率提高25%。該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人伊維根·列文表示：“這是科學(xué)家首次如此大幅度地提高熱電轉(zhuǎn)換效率?！痹缭?9世紀(jì)初，熱電材料就為人們所知，目前，被人們廣為接受且實(shí)際應(yīng)用效果良好的一組熱電材料包括碲、銻、鍺和銀（TAGS）。阿姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家去年就觀察到，在TAGS材料中增加1%稀土元素鈰或鐿能顯著提高其轉(zhuǎn)換效率。列文表示：“稀土元素改變了熱電材料的晶體結(jié)構(gòu)，或許因此改變了其熱電性能。”上世紀(jì)50年代，在科學(xué)家的努力下，熱電轉(zhuǎn)換效率取得了一定的突破，并在太空探索領(lǐng)域找到了用武之地。日本東北大學(xué)研究生院研究科應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)梶谷剛教授的研究小組公開了一款多層型熱電元件的試制品。該試制品由錳硅類材料制成的熱電材料片材層疊而成。已在東京大學(xué)產(chǎn)學(xué)協(xié)作推進(jìn)本部于2012年3月15日在東京都千代田區(qū)舉行的“東北大學(xué)革新展”上展出。此次的展示品的P型半導(dǎo)體采用的是MnSi（錳硅類）材料，N型半導(dǎo)體采用的是Mn1-xFexSiy（錳鐵硅類）材料。具體的制造工序如下：分別調(diào)整N型和P型熱電材料的成分，并將其煅燒作為原材料，將原材料粉碎后利用通常的刮板法（DoctorBladeMethod）進(jìn)行片狀成型處理。然后在片材上用絲網(wǎng)印刷法涂覆絕緣膏，并反復(fù)將N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體以及絕緣膏交替層疊。絕緣膏不涂布在片材上的高溫側(cè)和低溫側(cè)的端部，而是通過絲網(wǎng)印刷讓N型與P型形成結(jié)合在一起的狀態(tài)。這樣，N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體就形成了串聯(lián)排列的壓電元件。對片材的層疊品進(jìn)行壓制后，在生坯狀態(tài)下，按照所需尺寸的元件形狀，沿垂直于層疊面的方向?qū)⑵淝袛?。然后進(jìn)行燒結(jié)，在形成高溫側(cè)和低溫側(cè)的端部形成電極，并用玻璃密封材料在外側(cè)進(jìn)行絕緣處理，最終便可形成熱電元件。此次的試制品中，N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的片材厚度都為150μm，一對N型和P型片材的厚度約為300μm。絕緣層的厚度為15μm。此次通過層疊30對N型和P型半導(dǎo)體，試制出了10mm見方、厚5mm等多個(gè)規(guī)格的層疊元件，并進(jìn)行了性能評測。據(jù)介紹，此次的錳鐵硅類材料制造的熱電元件“可在室溫到850K的溫度范圍內(nèi)使用”。錳硅鍶類的熱電材料制成的熱電元件“可在室溫到750K的溫度范圍內(nèi)使用”。此前的熱電元件一直采用由大量P型與N型半導(dǎo)體的長方體交替排列的形式。東北陶瓷解釋稱，這種配置的“封裝密度低，容易導(dǎo)致高成本”。另外，原來普遍采用Bi-Te（鉍碲）類材料，而錳硅類材料資源豐富，因此此次的技術(shù)還極有望降低材料成本。在2012年的英國《自然》雜志刊登報(bào)告說，美國西北大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員開發(fā)出了新型熱電材料。這種材料的基礎(chǔ)是碲化鉛，它本身就具有熱電轉(zhuǎn)換性質(zhì)，研究人員又進(jìn)行了一系列改造，先在其中加入鈉原子，提高其導(dǎo)電性；然后加入碲化鍶，降低其導(dǎo)熱性；還在材料上開了許多縫隙，進(jìn)一步降低導(dǎo)熱性，而電子仍能移動。最后得到的新材料熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到15％。據(jù)介紹，這是熱電材料中迄今最高的“熱變電”效率，研究人員認(rèn)為，在這個(gè)效率的基礎(chǔ)上，也許兩三年之后就能開發(fā)出一些應(yīng)用這種熱電材料的實(shí)用產(chǎn)品。美國西北大學(xué)及密歇根大學(xué)的研究人員在2014年4月16日發(fā)行的學(xué)術(shù)期刊《Nature》上發(fā)表論文稱，在將溫度差轉(zhuǎn)換成電力的熱電轉(zhuǎn)換材料方面獲得了高達(dá)的ZT值。ZT值是表示熱電轉(zhuǎn)換元件性能的系數(shù)，數(shù)值越大說明熱電轉(zhuǎn)換性能越高。原來的最高值為，于1999年公布，此次刷新了這個(gè)保持了15年的紀(jì)錄。

此次開發(fā)出的材料是硒化錫（SnSe）單晶體，并不是新材料。高達(dá)的ZT值是在斜方晶系晶體的b軸方向上測量得到的，而c軸（主軸）方向上為，a軸方向更是大幅降低至。ZT值所呈現(xiàn)的如此之大方向依存性，原因在于Sn與Se的結(jié)合形態(tài)。在b軸方向上，Sn與Se形成鋸齒狀曲折的結(jié)合形狀，晶格振動（聲子）非常小，使電子容易流動。

1999年發(fā)布的ZT值為的材料采用超晶格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)中，碲化鉍（Bi2Te3）與碲化銻（Sb2Te3）以非常薄的狀態(tài)相互層積。這種材料很難實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，在實(shí)用方面無法發(fā)揮出色的性能。而此次的材料價(jià)格低廉，材料結(jié)構(gòu)也很簡單，因此將會給產(chǎn)業(yè)界帶來巨大沖擊。利用溫度差的能量來獲取電力的轉(zhuǎn)換效率可通過高溫端與低溫端的溫度比Tc/Th和ZT來計(jì)算。Tc/Th=、ZT=時(shí)，轉(zhuǎn)換效率約為18％。六、主要熱電材料公司介紹1、國外公司：日本磁性流體技術(shù)株式會社創(chuàng)建于1980年，總社地點(diǎn)在日本東京，主要技術(shù)與產(chǎn)品為磁性流體技術(shù)、熱電半導(dǎo)體制冷及應(yīng)用產(chǎn)品，1996年在日本證券業(yè)協(xié)會注冊上市，在中國、美國、日本、羅馬尼亞、德國、英國、西班牙、意大利、新加坡法國等國家與地區(qū)投資設(shè)立公司與研發(fā)機(jī)構(gòu)。公司主營業(yè)務(wù)收入近年來增長穩(wěn)定，從2006年的億日元增長到2008年的億日元。2009年上半年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入億日元，增長率達(dá)到%。2006年日本磁性流體技術(shù)株式會社資產(chǎn)負(fù)債率為%，2007年資產(chǎn)負(fù)債率下降至%，2008年公司的資產(chǎn)負(fù)債率繼續(xù)下降到%。2009年上半年略有上升，為%。公司利潤總額2006年達(dá)到億日元，較上年增長%，2006年以來公司利潤不斷增長，2007年和2008年分別實(shí)現(xiàn)利潤總額億日元、億日元。2009年半年繼續(xù)保持穩(wěn)定增長，實(shí)現(xiàn)利潤億日元。公司市場競爭策略：1繼續(xù)加大先進(jìn)技術(shù)研發(fā)力度，保持行業(yè)龍頭地位；2在發(fā)展中國家建立研發(fā)、生產(chǎn)基地；3拓展市場，繼續(xù)擴(kuò)大公司在全球的市場份額；4細(xì)分市場，差異化營銷。企業(yè)自身SWOT分析：優(yōu)勢分析S——技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品市場占有率高，在中國品牌知名度高，受到廣泛認(rèn)可；劣勢分析W——生產(chǎn)成本較高，產(chǎn)品價(jià)格較高，相對來說缺少政府背景支持；機(jī)會分析O——下游需求廣闊，為企業(yè)發(fā)展提供了空間；威脅分析T——國外巨頭在華投資不斷擴(kuò)大；國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)能力不斷增強(qiáng)，軍隊(duì)公司發(fā)展造成威脅。美國GMZEnergy是納米材料的先驅(qū)，為新一代清潔、高能效產(chǎn)品提供基礎(chǔ)支持。公司成立于2007年，旨在制造新型熱電材料，使其廣泛運(yùn)用于消費(fèi)品及工業(yè)品，為未來的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。依靠麻省理工學(xué)院和波士頓大學(xué)的科技突破，GMZEnergy在其位于馬薩諸塞州紐頓的總部生產(chǎn)該種新型材料。GMZEnergy的投資者是KleinerPerkinsCaufield&Byers。美國GMZEnergy推出一款突破性的新型材料，有助于制造新一代更加清潔、能效更高的產(chǎn)品。這種新型熱電材料使用了納米技術(shù)，清潔環(huán)保，能夠有效地將廢棄的熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而為綠色消費(fèi)品及工業(yè)品的發(fā)展鋪平道路，推動未來的可持續(xù)發(fā)展。該款GMZ材料功能眾多、應(yīng)用廣泛。它能優(yōu)化電冰箱及空調(diào)的制冷功能，并能利用汽車尾氣排放系統(tǒng)的熱源產(chǎn)生動力。由于GMZ材料已經(jīng)研發(fā)成功，并具有成本效益及易于采用等特點(diǎn)，因此具備商業(yè)可行性。它可以用于現(xiàn)今許多產(chǎn)品，能減少能源消耗和溫室氣體排放。GMZ熱電材料由清潔環(huán)保的合成物質(zhì)組成。這種鉍-銻-碲合金先被壓成大約只有頭發(fā)寬度千分之一的納米顆粒，然后通過GMZ創(chuàng)新制造流程，經(jīng)過加熱擠壓在一起。該制造流程將納米顆粒散布到團(tuán)狀材料中，以便散發(fā)進(jìn)入熱能。因此，該材料能夠在電能傳導(dǎo)的同時(shí)減緩熱能傳導(dǎo)，從而改變熱能的流動方向，驅(qū)動電子和能量，使其不會散逸。GMZ材料帶來的好處，即在于更有效地管理、引導(dǎo)和優(yōu)化產(chǎn)品所使用的能源。該熱電材料的生成技術(shù)由美國兩家頂級的研究型大學(xué)（麻省理工學(xué)院和波士頓學(xué)院）的研究人員共同發(fā)明。GMZEnergy由麻省理工學(xué)院的陳剛教授、波士頓學(xué)院的任志鋒教授以及公