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产综研制作铋碲系高性能厚膜热电元件
http://cn.newmaker.com 3/14/2008 9:46:00 AM  日经BP社
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日本的产业技术综合研究所先进烧结技术研究组与新东工业、新东V-Cerax共同开发了利用基于离心力的均匀加压新工艺“离心加压溶融法”,制作出了铋碲系高性能热电厚膜。通过利用该工艺,在得到近似单结晶结构的厚膜的同时,实现了达到实用水平的热电特性。能够通过简单的工序制造高性能厚膜热电元件,有望实现热电发电元件的高功率化、低成本化和小型化。

使用热电厚膜的热电发电元件可作为空气冷却片使用,即使是自然冷却,发电时也能确保足够的温度差。另外,还可用于曲面形状的排气管道等。此次开发的离心加压溶融法不仅能够得到近似单结晶的热电厚膜,而且与此前的热电厚膜制作方法相比简化了制造工序,有望提高材料成品率。

离心加压溶融法,事先在绝缘氧化物底板上进行了沟槽加工,在充填规定量的原料粉末后,加上盖子形成封闭空间。向该底板沿厚度方向施加离心力,使空间内的原料溶融·凝固得到热电厚膜。密度几乎为100%,有助于提高输出功率。

本次开发的制作方法有三个特点:第一,由于利用离心力可得到均匀的厚膜,模型形状与热流相吻合时,能够有效利用废热。第二,封闭空间内部的原料加热方面,不会出现蒸发导致的组成不均,且不会因为蒸发造成损失,成品率较高。第三,可通过调整原料得到数十μm~数mm的成膜厚度。

此次制作的铋碲系热电厚膜尺寸为厚0.2×宽3×长12mm。室温条件下的功率因数为4.2×10-3W/mK2,无因次性能参数(功率因数除以热传导率再乘以绝对温度所得的值)超过了JIS规定的实用1级热电材料。由于采用底板厚度方向与c轴一致的近似单结晶的结构,能够确保高导电率。

此次的研究成果预定在2008年3月21日举办的日本陶瓷协会年会、3月27日举办的日本金属学会2008年春季大会及3月30日第55届春季应用物理学会上发表。

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