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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划光电热电材料新型热电材料有效将废弃热能转化为电能美国GMZEnergy4月22日宣布推出一款突破性的新型材料，有助于制造新一代更加清洁、能效更高的产品。这种新型热电材料使用了纳米技术，清洁环保，能够有效地将废弃的热能转化为电能，从而为绿色消费品及工业品的发展铺平道路，推动未来的可持续发展。该款GMZ材料功能众多、应用广泛。它能优化电冰箱及空调的制冷功能，并能利用汽车尾气排放系统的热源产生动力。由于GMZ材料已经研发成功，并具有成本效益及易于采用等特点，因此具备商业可行性。它可以用于现
2、今许多产品，能减少能源消耗和温室气体排放。“长期以来，因为高成本和低效率，热电材料一直未能在清洁技术中广泛运用，但现在我们已经克服了这些问题。”GMZEnergy的CEOMikeClary说：“该技术所能达到的效率令人倍感兴奋，而GMZEnergy已经做好充分准备，于今日发布这种具备商业可行性的新材料，以促进其在日用品中的应用。”短期来看，这款GMZ材料将应用于制冷设备，以制造能耗更少的产品，或利用原本被浪费的能源。长远来讲，它可以提供更先进的解决方案，比如利用尾气排放系统以及性能得到提升的太阳能电池板为汽车提供部分动力。GMZ材料目前正在美国及亚太地区一些指定厂家接受进一步的测试，并请先行客
3、户试用。该材料很容易与现有或新型产品的设计实现集成，从而快速打入市场。GMZEnergy正依靠其多个量产制造设备，试产该种材料。以前生产该种材料是复杂的工作，需要多个纳米工程技术步骤。而GMZEnergy首创简单的制造流程，能够高效而且大规模生产该种热电材料，从而使商业应用成为可能。GMZ热电材料由清洁环保的合成物质组成。这种铋-锑-碲合金先被压成大约只有头发宽度千分之一的纳米颗粒，然后通过GMZ创新制造流程，经过加热挤压在一起。该制造流程将纳米颗粒散布到团状材料中，以便散发进入的热能。因此，该材料能够在电能传导的同时减缓热能传导，从而改变热能的流动方向，驱动电子和能量，使其不会散逸。GMZ材
4、料带来的好处，即在于更有效地管理、引导和优化产品所使用的能源。“这款新型材料以有效的成本提升能效，将对许多产品设计带来显著的影响。”波士顿学院物理系教授及GMZEnergy创始人之一任志锋先生表示，“除了目前在制冷方面的应用，这种新型材料也能够拓展到新的应用上，比如有助于太阳能电厂内用太阳热电方法产生电能。”该热电材料的生成技术由美国两家顶级的研究型大学的研究人员共同发明。GMZEnergy由麻省理工学院的陈刚教授、波士顿学院的任志锋教授以及公司的CEOMikeClary共同创建，目的在于将该创新推向市场，使其在大量的商品和消费品上的运用成为可行。热能转化为电能效果图这是一个将热能转换为电能的
5、实验。此设备可将任何高温余热转化为有用的电能。热电极在左侧，和任何加热金属一样，其表面有一层电子。如果能够把这些电子收集到一个冷却器表面，它们就能有效地产生电力。然而，在一般情况下，很少能从这些沸腾的电子收集到电流。因为任何这样的提取物只造成实体周围空间的电荷效应。通过利用纳秒级和高电压脉冲在室内点燃氙气，从而形成等离子体。借助等离子体这个通道，使电流流动，且在不受任何负电荷阻碍的情况下，使热能转化为电能。据国外媒体报道，美国科学家成功发明了一种新型装置，能够将热能通过声波为中间形式最终转化成电能，成为环保的魔术般新技术。犹他州大学的物理学家发明了一种小型装置，它能够将热能转变为声波，然后最终
6、转变为电能。这项技术为将废热转变为电能、利用太阳能和给电脑与雷达制冷带来希望。犹他州大学物理学教授奥列斯特辛科(OrestSymko)说，“我们现在可以用通过声波这种有效的、简单的方法来实现将废热转换成电能。这是一个利用废热这种可再利用能源的新的方法。”辛科的五个博士学生最近发明了一种能够改善声学热转换效率的方法。声学热转换是将热能转变为电能的引擎装置。科学家们将于六月八日星期五在希尔顿盐湖城中心旅馆召开的美国声学协会年会上公布他们的发现。辛科计划在一年之内测试这个装置，利用一军队雷达设备和大学热水发电站的废热发电。这项研究是由美国军队资助的。他说，“美国军方对利用雷达产生的废热以及发明一个轻
7、便的电源感兴趣，它能够在战场上派上用场并让电子仪器运行起来。”辛科预计这项装置在两年就能投入使用，它可以作为将阳光转换为电能的光电电池的代替品。这项热能转换装置还可用于为膝上计算机及其他电脑制冷，这些电脑随着它们的电子原件进一步复杂化，它们就会产生更多的热能。辛科还预见到利用这个装置可以用于核电站冷却塔释放的热能进行发电。如何从热能和声波获得能量辛科正在致力于将热能转换为电能的研究，它是基于他正在进行的有关研制为电子原件制冷的小型热声冷却器研究。在XX年，他开始了一个五年的热能-声波-电能转换研究项目，名称是热声压电能量转换项目(tapec)。辛科还与华盛顿州立大学和密西西比大学的合作者进行了
8、协作。这个项目在过去的两年中获得了两百万美元的资助，辛科希望小型热能-声波-电能转换装置进一步地小型化，以便让科学家们能够将微型机电系统合并在一起来为电脑及其他电子器件如放大器进行制冷。利用声波转换热能为电能有两个主要步骤。辛科和同事发明了各式各样的新型热能转换引擎以完成第一步：将热能转换为声波。科学家们可以利用现有技术将声波转化为电能，即压电装置。大多数辛科实验室中的热能转换到电能的声学装置是放置在一个圆柱形状的“共振器”。当靠近热源如火柴、喷灯或者一个发热元件时，热空气流动会产生一个单频声波，与空气吹入到笛子中类似。辛科说，“你所面对的热能，曾经是不稳定的，突然它变成了同一频率的声波”。然
9、后声波挤压压电器件，产生电压。辛科说这类似于你打击你的肘部神经时，它会产生一个痛觉神经电脉冲。更长的共振器圆柱会产生较低的音调，而较短的圆柱管会产生更高的音调。那些转化热能成声波然后再到电能的装置没有运动机件，所以这种装置将要求短时间电荷保持。科学家们不需要构造一个活塞机构，因为随着活塞的磨损它会损失效率。辛科说这个装置不会产生噪音污染。科学家们将首先将热能转换为人听不见的超声波频率。之后，音量又被变到电能。他说，最后，“通过在这个装置周围放置消音材料来吸纳噪音是很容易实现的。”热电制冷的介绍热电制冷器，也被称为珀尔帖制冷器，是一种以半导体材料为基础，可以用作小型热泵的电子元件。通过在热电制冷
10、器的两端加载一个较低的直流电压，热量就会从元件的一端流到另一端。此时，制冷器的一端温度就会降低，而另一端的温度就会同时上升。值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的方向，将热量输送到另一端。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加热两种功能。因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。为了给新用户提供一个热电制冷器制冷量的大致概念，我们首先以一个典型的单级热电制冷器为例。将这个单级热电制冷器放置在散热器上，使其保持在室温。然后将其连接在一个适当的电池上或者直流电源上，制冷器的冷端温度会降低到大约-40。此时，制冷器上将达到相对热平衡状态，而且制冷器两端将达到最大的温差(DTmax)
11、。如果向冷端不断输入热量，冷端温度会逐渐增加，直到与热端温度相同。这一时刻，制冷器会达到最大制冷量(Qmax）。热电制冷器与传统的机械式制冷器都遵循相同的热力学法则，并且，尽管两者的组成形式有很大不同，但是其工作原理却是相同的。在机械式制冷单元中，首先使用压缩机增加液体的压力，使制冷剂在体系中循环流动。然后，制冷剂在冷冻区固化，在随后的升华过程中吸收热量使冷冻区温度降低。而在冷冻区被吸收的热量被运输到压缩机，并通过制冷剂压缩这个过程将热量传递给环境。相对的，在热电制冷系统中，掺杂的半导体材料就充当了液态制冷剂的作用，而冷凝器被散热器所取代，压缩机被直流电源所取代。通过在热电制冷器上加载直流电源
12、，使半导体中的电子发生运动。在半导体材料的冷端，热量被电子运动所吸收，这些电子运动到材料的另外一端，即热端。由于材料的热端连接在散热器上，热量也就从材料体内传到散热器上，然后再被输送到环境中。尽管商业化的热电制冷器在1960年前后才有所发展，但是热电制冷器的物理理论可以追溯到19世纪早期。第一个与热电理论相关的重要发现是在1821年由德国科学家托马斯塞贝克发现的。他发现，在一个由两种不同金属导体构成的闭合回路中，当两个接头的温度不同时，回路中会有持续的电流流动。然而，实际上塞贝克没有给出他这个发现的科学解释，并且，他错误的假设热流的流动与电流的流动能够产生相同的效果。在1834年，一个法国制表
13、师兼物理学家简珀尔帖在研究塞贝克效应的过程中发现，这一现象具有一个相反的现象，也就是当闭合回路中有电流流动的时候，两个接头之一会吸热，而另一个会放热。20年后，威廉姆汤姆逊为塞贝克效应和珀尔帖效应提出了一个系统的解释，并建立了两者的关系。但是此时，对这些现象的研究仍然仅仅局限在实验室中，并没有发现任何实际应用的可能性。在20世纪30年代，俄罗斯科学家们开始通过研究一些早期的热电效应，试图在一些偏远地区建立热电的发电站。这些俄罗斯科学家对热电材料的兴趣最终扩展到了全世界，并且激发了热电制冷器在实际应用中的发展。如今的热电制冷器，主要应用现代半导体技术，使用掺杂的半导体取代了早期实验中的两种不同的
14、金属导体。塞贝克、珀尔帖、汤姆逊效应和其他一些现象共同组成了功能性热电制冷器的基础。下面我们简要介绍一下这些热电效应。塞贝克效应：为了说明塞贝克效应，让我们来看一下图中热电偶闭合环路的简图。两种金属分别标记为材料X和材料Y。在典型的测量温度的应用中，热电偶A是作为参比温度而保持在一个相对较低的温度Tc。热电偶B端用来测量所需要的温度Th。当B端被加热时，在T1和T2两端会出现电压。这个电压V0，也被称为塞贝克电动势，可以表示为V0=axy(ThTc)。其中，V0是输出电压，单位是V；axy代表两种材料的塞贝克系数之差，单位是V/K；Th和Tc分别表示热电偶的热端和冷端温度，单位是K。珀尔帖效应
15、：如果将热电偶的闭合回路改成如图所示，就可以获得一个完全相反的现象，我们称之为珀尔帖效应。当在两个节点T1和T2输入一个电压Vin，回路中会产生一个相应的电流I。接头A处的热量会被吸收，从而产生一个微弱的制冷现象，而在另一个接头B处，随着热量流入，温度会升高。鉴于这个效应是可逆的，所以如果将电流反向，热流的方向也随之反向。珀尔帖效应的数学公式可以表示成：Qc或者Qh=pxyI其中，pxy代表两种材料x和y的珀尔帖系数之差，单位是V；I是电流，单位是A；Qc和Qh分别代表制冷和加热的速率，单位是w。随着电流的流动，导体中同时也会产生焦耳热，大小可以用IR表示。这个焦耳热效应与珀尔帖效应相反，将导致制冷器制冷效果的降低。2汤姆逊效应：当电流在已经存在温差的导体中流动时，热量会被吸收或者被放出。而电流方向和温差之间的相对关系决定了材料在这个过程中是吸收热量还是放出热量。这一现象，我们称为汤姆逊效应。汤姆逊效应在理论研究中非常有趣但是在实际的热电制冷器中却没有太大作用，所以我们一般忽略它。热电技术的基本原理热电材料：在目前的热电制冷器件中最常用到的半导体热电材料是碲化铋。目前工业上已经可以通过掺杂得到p型和n型碲化铋块体或者器件单体。热电材料的制备方法通常是熔体定向晶化法或者粉末压制成型法。每种制备方法都具
