常见的热电材料有哪些:按实验室应用频次可直接区分品类
前段时间整理实验室耗材台账,对着采购清单挨个核对品类时,彻底理清了常见的热电材料有哪些,全是线下试样、搭热电测试模块实打实接触过的品类,没有书本上虚泛分类。
最先大批量用到的,是碲化铋基材料。实验室常温室温发电、制冷试样,九成以上都会选它,采购频次最高,算是民用小功率热电模块的标配材料。常温区间20℃到80℃工况下,它的热电转换效率最稳,车间做便携制冷片、小型测温发电元件,几乎只采购改性碲化铋粉体和烧结片,缺点也很直观,耐高温极差,超过120℃性能直接断崖下跌,高温工况完全没法用。
试过盲目混用材料栽过小跟头。之前赶项目工期,直接把库存碲化铋材料放进高温管式炉做余热发电测试,加热到150℃后晶片直接开裂,内部热电晶粒直接粉化,一整组试样全部报废,白白耗了三天烧结工时,还损耗了专用电极贴片。
高温工况专属,是碲化铅热电材料。
厂里工业烟道余热测试项目,固定只用这款材料。耐受温度能拉到500℃上下,适配工厂烟气、设备外壁中高温余热采集,硬度比碲化铋高很多,不易碎裂。就是导电适配性很挑环境,潮湿车间环境下,表层极易氧化发黑,必须外加密封镀膜,不然一周之内转换损耗会上涨三成。
还有小众但刚需的硅锗合金材料。高校课题组深空热源模拟实验专用,市面流通量很少,采购周期要半个月以上。耐高温上限远超前两种,能扛700℃以上高温,热稳定性极强,多用于航天级微小热电供电器件,民用场景完全没必要选用,单价极高,小片试样成本就要上千。
后来才反应过来,市面上还有一类氧化物热电材料,属于低成本通用款。不用稀有贵金属合成,原料便宜无毒,加工门槛低,校内本科教学实验全部用它。转换效率偏低,只能做课堂演示实验,没办法落地做功能性发电、制冷器件,只能用来讲解热电温差原理,没有工业使用价值。
还有一类改性有机高分子热电材料,近两年新增的实验品类。质地柔软可弯折,能贴合异形曲面热源,比如管道弧形外壁、曲面设备外壳。但导电性很差,只能做微瓦级微弱供电,给微型感应芯片供电够用,大功率场景直接作废,保存条件苛刻,必须避光干燥存放,极易老化失效。
平时区分选用不用记复杂晶格参数,只看使用温度就行。室温制冷选碲化铋,中高温工业余热选碲化铅,航天超高温选硅锗合金,教学演示选氧化物材料,曲面微供电选高分子材料。
下班收拾实验台,把碎裂的碲化铋废料统一收纳进危废收纳盒。