引言 

   熱電材料是通過其內部載流子的移動及其相互作用，來完成電能和熱能之間相互轉換的種功能材料。由于采用熱電材料的制冷和發電系統具有體積小重量輕、工作中無噪音、無污染、使用壽命長、易于控制等點，因此，熱電材料是種有廣泛應用前景的能源替代材料，進行新型熱電材料的研究具有其重要的意義。

   日本ADVANCE RIKO公司50多年來業從事“熱”相關技術和設備的研究開發，并直走在相關域的zui前端。2018年初，Quantum Design中國子公司將日本ADVANCE RIKO公司的進熱電材料測試設備大氣環境下熱電材料性能評估系統F-PEM、小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM、熱電轉換效率測量系統PEM及塞貝克系數/電阻測量系統ZEM 引進中國。

1、 大氣環境下熱電材料性能評估系統F-PEM
 

    F-PEM系統可以在大氣環境下，實現對負荷溫差的熱電材料產生的發電量和熱流量進行測量，熱電轉換效率可以通過zui大發電量和熱流量計算出。同時，該系統還可以長時間運行熱循環測試，運用于熱電新材料的開發，以及商用組件在負載和溫度下的耐久性測試。

圖1  大氣環境下熱電材料性能評估系統

2、 小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM
 

    Mini-PEM可以通過自動測量熱流量和發電量來獲得熱電轉換效率，電量是通過四探針法獲得；熱流是通過熱流計獲得。Mini-PEM體積更為小巧，操作更為簡單，集成化設計可實現對小型材料塊體2-10mm² x 1-20mmH測量。可廣泛應用于：發電量和熱流量測量、熱電材料模塊的熱電轉換效率計算、單熱電材料發電量及熱流測量、熱電材料性能和壽命評估等各個方向。

圖2  小型熱電轉換效率測量系統Mini-PEM

3、 熱電轉換效率測量系統PEM

    熱電轉換效率是指熱能和電能之間相互轉換的程度，通常采用提高熱電組件兩端的有效溫度梯度來提高熱電組件的轉換效率。熱電轉換效率測量系統PEM通過對熱電材料模塊提供zui大溫差500℃，可以得到維熱流量Q和zui大發電功率P，從而有效測定熱電轉換效率η。

圖3  熱電轉換效率測量系統PEM

   熱電轉換效率測量系統PEM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，可以實現熱穿透測量，加熱過程中，通過氣缸機制可以保持接觸表面的熱阻穩定。同時在測試過程中，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，這些功能僅通過設置軟件即可自動完成，操作十分便捷。 

4、 塞貝克系數/電阻測量系統ZEM

   熱電轉換技術用熱電材料的塞貝克（Seebeck）效應和帕爾貼（Peltier）效應實現熱能與電能直接相互轉化，熱電技術的能量轉換效率主要取決于材料的本征物理性，通常可由無量綱的綜合指數—熱電值來衡量，而熱電值取決于材料的塞貝克系數、電導率、熱導率和溫度。

圖4   塞貝克系數/電阻測量系統ZEM

    塞貝克系數/電阻測量系統ZEM可實現對金屬或半導體材料的熱電性能的評估，材料的塞貝克系數和電阻都可以用ZEM直接測量。該設備采用溫度控制的紅外金面加熱爐和控制溫差的微型加熱器，因此能實現實驗過程中的無污染控溫。同時，設備全自動電腦控制，允許自動測量消除背底電動勢，擁有歐姆接觸自動檢測功能。除ZEM標準配置外，還可根據用戶不同需求定制高阻型，增加薄膜測量選件、低溫選件等。

   熱電材料塞貝克效應和帕爾帖效應發現距今已有100余年的歷史，多年來科學家已對其進行了深入而富有成效的研究，并為如何實現熱電材料更大的熱電值不斷探索。隨著熱電域研究的不斷深入，希望ZEM、PEM、Mini-PEM的引入，能夠助力更多異熱電材料性能的評估與研究，堅信我國熱電材料域將會進步發展提高！