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古河机械金属开发出高性能热电转换材料 |
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| http://cn.newmaker.com
8/26/2008 9:39:00 AM
日经BP社
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 古河机械金属在中温区域（室温～600℃）实现了热电转换材料的高性能。此次开发的是由Fe（铁）、Co（钴）、Sb（锑）、稀土类元素等组成的方钴矿(Skutterudite)族热电转换材料。方钴矿族有着以CoSb3为代表的化合物的结晶结构，p型、n型均可获得良好的特性。
热电转换材料获得高性能的关键在于电力特性出色且材料本身的导热系数低。电力特性出色具体是指向材料施加温度差时可产生大的电动势，以及材料本身的导电系数高。方钴矿族材料具有出色的电力特性，但却存在导热系数过大的问题。
为了在不影响方钴矿系材料的电力特性的情况下降低导热系数，此次开发在填充La(镧)、Ba（钡）、Yb(镱)、Ca（钙）等主要元素的同时，还添加了其它几种元素。
填充的元素除了La、Ba、Yb、Ca外，还包括Ⅲ族元素——Al（铝）、Ga（镓）、In（铟）以及Ⅳ族元素——Ti（钛）、Zr（锆）、Hf（铪）等。通过同时填充3种以上的元素，大幅降低了导热系数。这一填充方法使晶格的振动变得不规则，从而能够抑制热传导。
通常，热电转换材料的性能以无量纲性能指数（ZT）表示。p型、n型材料的实用化水平均以ZT＝1为指标。降低导热系数后，(La、Ba、Ga、Ti)0.9(Fe、Co)4Sb12的p型材料方面，ZT从原来的0.5上升到了1.1。(Yb、Ca、Al、Ga、In)0.9(Co、Fe)4Sb12的n型材料方面，ZT从原来的0.7上升到了1.3。p型、n型在350℃～550℃的大范围内均超过了ZT=1，从实用观点看，应用范围有望扩大。
使用该热电转换材料试制了50mm见方×高8mm的热电转换模块，在720℃下对表面（高温侧），在50℃下对底面（低温侧）进行试验时，获得了热电转换効率达7％，输出功率达33W（输出功率密度为1.3W/cm2）的热电转换性能。
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