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熱電轉換效率測量系統PEM
| 產品介紹： 熱電轉換效率測量系統PEM被設計用來測定熱電轉換效率η。通過對熱電材料模塊提供溫差500℃，可得到維熱流量Q和發電功率P max，從而測定熱電轉換效率η。
產品點： ♦ 通過高精度的紅外線金面反射爐可完成快速性能評估和耐力測試； ♦ 上下表面能提供高達500℃的溫度梯度； ♦ 可進行熱穿透測量； ♦ 加熱過程中，通過氣缸機制可以保持接觸表面的熱阻穩定； ♦ 完成測試僅需設置軟件，包括溫度穩定性的判斷；自動調節熱電發電模塊的負載以及自動控制溫度測量。 |
設備概念圖：
設備結構圖：
| 上部加熱爐 |
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| 下部水冷系統 | |
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設備軟件：
附：
熱電材料/器件測試設備
應用方向：
♦ 用于測量熱電材料的熱電轉換效率；
♦ 通過熱循環實驗測試模塊的預期壽命。
測試結果：
| 30mm2樣品測試結果 | |
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參數配置：
| 測量數值 | 熱電轉換效率，發電量，熱流量 |
| 測試方法 | 維熱流輸入法 |
| 模塊大小 | 方形20mm或30mm或40mm*5-30mmT |
| 加熱表面溫度 | MAX.800℃ |
| 接觸表面壓力 | 2MPa（在30mm2樣品） |
| 氣氛 | 惰性氣體 |
應用案例
■ 熱界面材料的性能評價
為了防止能量的浪費，用熱電轉換模塊將部分的熱能轉換為電能從而存儲起來是目前的常見做法。熱電轉換模塊是用了熱電轉換材料的塞貝克效應實現熱能到電能的轉化的。目前已商用的熱電轉換模塊多采用圖1所示的結構，為了提高熱電轉換的效率，經常在所示位置使用熱界面材料（Thermal Interface Materials）以降低接觸面之間的熱阻。
圖1 常見的熱電轉換模塊（TE module）
理想的熱界面材料般應具有高導熱性、高柔韌性及緣性等性，常見的熱界面材料有硅脂、硅膠、相變化材料（聚烯烴樹脂、丙烯酸樹脂、碳納米管等）。為了檢驗不同材料及結構的熱界面材料對熱電轉換效率的影響，制備了以下四種熱界面材料（見圖2）：a. 單面碳納米管、b. 雙面碳納米管、c. 無碳納米管和d. 無熱界面材料。
圖2 四種結構的熱界面材料
使用商用的熱電轉換模塊（Marlow Industries RC3-6-01S）分別與上述四種熱界面材料耦合后測量熱電轉換效率。熱電效率的測量采用日本ADVANCERIKO公司生產的熱電轉換效率測量系統PEM-2，該設備的樣品模塊見圖3.
圖3 PEM-2的樣品模塊
熱電轉換效率的測量結果見圖4，與不使用任何熱界面材料相比，單面的碳納米管熱界面材料可以提高35%的熱電轉換效率而雙面的碳納米管熱界面材料可以提高60%的熱電轉換效率；與僅使用Cu箔作為熱界面材料相比，單面和雙面的碳納米管熱界面材料可以分別提高10%和25%的熱電轉換效率。
圖4 使用不同熱界面材料的熱電轉換效率測量結果
參考文獻：
[1] Kimberly R. Saviers, Stephen L. Hodson, and Timothy S. Fisher. JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER.
發表文章
1. H. Nakatsugawa et al. / Journal of Elec Materi 49, 2802–2812 (2020)
2. X. Tang et al. / Energy Environ. Sci., 2018,11, 1520-1535
3. J. He et al. / Energy Environ. Sci., 2020,13, 2106-2114
4. L. Chen et al. / Nat Commun 6, 8144 (2015)
用戶單位：
中國科學院上海硅酸鹽研究所
中國科學院大連化學物理研究所
中國科學院福建物質結構研究所
武漢理工大學
南方科技大學
深圳大學
