1. Ces dernières années, avec le développement continu de la technologie des communications mobiles, de la technologie des microprocesseurs matériels et de la technologie de l'information, la miniaturisation continue et la multifonctionnalisation des appareils mobiles tels que les ordinateurs portables peuvent également être appliquées aux dispositifs thermoélectriques dans les alimentations électriques, les systèmes de refroidissement et les systèmes de propulsion décentralisés.
2. Poursuivre le développement vers la miniaturisation. Le dispositif thermoélectrique développé par l'effet de réfrigération électrique présente de nombreux avantages par rapport au réfrigérateur à compression, tels que la petite taille, le poids léger, l'absence de pièces de transmission mécanique, la vitesse de réponse rapide, la longue durée de vie, l'absence de bruit, l'absence de milieu liquide ou gazeux, l'absence de problèmes de pollution de l'environnement, le réglage de la puissance de fonctionnement du dispositif de réfrigération permettant d'ajuster le taux de refroidissement ou même de passer à l'état de fonctionnement de chauffage, de manière à obtenir un contrôle précis de la température.
3. Les micro-éléments fabriqués à partir de matériaux thermoélectriques sont largement utilisés dans la préparation des systèmes de micro-alimentation, de refroidissement de micro-zones, de diodes laser de communication optique et de réglage de la température des capteurs infrarouges.
4. Classés en fonction de la température de fonctionnement, les générateurs thermoélectriques peuvent être divisés en trois catégories : les générateurs thermoélectriques à haute température, les générateurs thermoélectriques à moyenne température et les générateurs thermoélectriques à basse température. Le matériau typique utilisé dans les générateurs thermoélectriques à haute température est l'alliage SiGe, la température de travail de sa surface chaude est d'environ 1000℃ ; le matériau typique utilisé dans les générateurs thermoélectriques à moyenne température est le PbTe, et la température de travail de sa surface chaude est d'environ 500℃ ; les matériaux typiques utilisés dans les générateurs thermoélectriques à basse température sont le BiTe, la température de travail de sa surface chaude est d'environ 200~300℃.
5. Selon la composition du matériau, on distingue les matériaux thermoélectriques à base d'oxyde, les matériaux composites à base de polymères conducteurs chargés, les nanomatériaux thermoélectriques, les matériaux thermoélectriques à super-réseau, les matériaux thermoélectriques quasi-cristallins, les matériaux thermoélectriques à cage, les matériaux thermoélectriques de faible dimension, les matériaux thermoélectriques à gradient de fonctions, etc.
6. Les oxydes métalliques présentent généralement une grande stabilité thermique et chimique, peuvent être utilisés à haute température et dans une atmosphère oxygénée, et la plupart des oxydes sont non toxiques, non polluants, respectueux de l'environnement, ont une longue durée de vie, une préparation simple, un faible coût, etc.
7. Avantages : le potentiel d'application dans l'industrie à haute température est important et il s'agit d'un matériau thermoélectrique respectueux de l'environnement. L'inconvénient est que la conductivité est trop faible, ce qui limite l'application pratique du matériau.
8. L'objectif de la recherche future sera d'améliorer la conductivité du matériau ou de trouver un matériau à haute conductivité. Les matériaux thermoélectriques à base d'oxyde peuvent également être utilisés dans des domaines tels que les capteurs d'hydrogène à haute performance, la production d'énergie solaire, les récepteurs à haute performance et les dispositifs miniatures de communication à courte portée.
9. Les matériaux composites à base de polymères conducteurs présentent l'avantage d'être peu coûteux, légers et flexibles. En remplissant un polymère conducteur à faible conductivité ponctuelle avec une skutterudite à haute conductivité, il est possible d'obtenir un matériau composite avec une structure de bande complexe.
10. Étant donné que la structure de bande complexe est une condition nécessaire pour les matériaux semi-conducteurs thermoélectriques à haute performance, après optimisation, l'existence d'un grand nombre d'interfaces organiques-inorganiques augmente le risque de réflexion des phonons et la conductivité thermique sera encore réduite. Il est possible de préparer des matériaux semi-conducteurs thermoélectriques à haute performance. Des matériaux thermoélectriques.
11. Les matériaux nano-thermoélectriques constituent un système émergent de matériaux thermoélectriques. Avec le développement rapide des nanosciences et des nanotechnologies, la recherche sur les nanomatériaux thermoélectriques a également attiré l'attention de nombreux chercheurs. Lorsque le matériau thermoélectrique conventionnel en vrac est de taille nanométrique, en raison de l'effet d'interface et de l'effet quantique du nanomatériau, la conductivité thermique du matériau peut être réduite sans réduire de manière significative la conductivité ponctuelle, ce qui permet d'obtenir un facteur de mérite thermoélectrique plus important. Dans le même temps, les nanomatériaux peuvent également ajuster le dopage de manière plus pratique, ce qui est propice à une exploration plus poussée.
12. Le matériau à super-réseau est un composé semi-conducteur doté d'une hétérostructure multicouche, formé par la croissance alternée de deux types de films monocristallins semi-conducteurs extrêmement minces. Comme chaque film contient généralement de quelques couches atomiques à des dizaines, il présente des effets quantiques évidents, ce qui lui confère de nombreuses propriétés physiques nouvelles.
13. Une autre caractéristique importante des matériaux à super-réseaux est la périodicité dans de nombreuses interfaces et structures, qui contribue à augmenter la diffusion des phonons, et en même temps, l'augmentation de la diffusion des électrons sur la surface est moindre, ce qui permet d'obtenir une conductivité thermique plus faible et une conductivité électrique plus élevée.
14. Les matériaux quasicristallins sont des matériaux semblables à des cristaux qui n'ont pas de symétrie de translation et qui présentent généralement des axes de symétrie que les cristaux n'ont pas, tels que des axes de rotation à cinq, dix et douze fois. Les quasicristaux et les supraconducteurs ont été considérés comme deux avancées importantes de la physique de la matière condensée dans les années 1980. Depuis leur découverte, la recherche sur leur structure et leurs propriétés physiques a fait des progrès significatifs. La particularité de la structure matérielle du matériau quasi-cristallin entraîne la particularité de sa structure électronique.
15. Le matériau quasi-cristallin a une grande capacité d'adaptation à la température, ce qui est inhabituel. Il est différent du mécanisme de conduction traditionnel des semi-conducteurs. Son potentiel thermoélectrique et sa conductivité électrique augmentent avec la température, tandis que la conductivité thermique augmente doucement avec la température. Certains matériaux quasi-cristallins ont également une structure poreuse, ce qui permet de réduire la conductivité thermique du matériau. Par rapport aux alliages ordinaires, la conductivité thermique des matériaux quasi-cristallins est inférieure de plus de deux ordres de grandeur à celle des alliages ordinaires, et la qualité des échantillons quasi-cristallins est meilleure.
16. Plus la structure est parfaite, plus la conductivité thermique est faible, ce qui rend les quasi-cristaux très avantageux en tant que matériaux thermoélectriques. En outre, les quasicristaux présentent de nombreuses autres propriétés physiques excellentes, telles que la résistance à la corrosion et à l'oxydation, une grande dureté et la stabilité thermique. En bref, en tant que système de matériaux émergent, les matériaux quasi-cristallins présentent de nombreuses propriétés excellentes et ont de bonnes perspectives d'application dans la production d'énergie thermoélectrique et la réfrigération électrique.
17. La réfrigération électrique est utilisée dans les instruments biologiques et médicaux depuis plus de 20 ans. Grâce à ses avantages (absence de bruit et de vibrations, petite taille et utilisation pratique), une série de nouveaux produits ont été développés avec succès, tels que l'instrument PCR, la pompe à air du ventilateur, le bistouri cryogénique, la table froide pour la coupe des tissus, etc. Une autre application importante de la réfrigération électrique consiste à fournir un environnement à basse température pour l'utilisation de matériaux supraconducteurs. Étant donné que l'application des matériaux supraconducteurs à haute température dépend de la technologie de réfrigération, la réfrigération actuelle utilise des réfrigérants (tels que l'hélium liquide, l'azote liquide), qui doivent être complétés fréquemment, ce qui est très peu pratique, et des installations de réfrigération compliquées doivent être utilisées.
18. Par conséquent, s'il est possible d'obtenir des matériaux thermoélectriques présentant de bonnes performances dans la région à basse température (en dessous de la température de l'hélium liquide), cela favorisera le développement rapide de la technologie supraconductrice. D'une manière générale, de nombreux problèmes liés à l'application de la production d'énergie thermoélectrique et de la technologie de réfrigération électrique n'ont pas encore été résolus. L'application des dispositifs thermoélectriques présente les inconvénients d'une faible efficacité et d'un coût élevé. Par conséquent, la réfrigération électrique et la production d'énergie sont principalement utilisées dans des applications qui ne prennent pas l'efficacité de la conversion énergétique comme base. La considération principale est l'occasion. Avec le développement de matériaux thermoélectriques à haute performance et le développement de la technologie thermoélectrique, on pense que l'application des dispositifs thermoélectriques va s'étendre.
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