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知識物件上傳表 計畫名稱： 上傳主題：淺談熱電材料基本概念提報機構：提報時間：年 12月日 與計畫相關 1.是 2. 否 國別 1.國內 2. 國外： 能源業務 1.能源政策 包含政策工具及碳交易、碳稅等 2.石油及瓦斯 3.電力及煤碳 包含電力供應、輸配、煤炭、核能等 4.新及再生能源 5.節約能源 包含工業、住商、運輸等部門 6.其他 能源領域 1.能源總體政策與法規 2.能源安全 3.能源供需 4.能源環境 5.能源價格 6.能源經濟 7.能源科技 8.能源產業 9.能源措施 10.能源推廣 11.能源統計 12.國際合作 決策知識類別 1.建言 策略、政策、措施、法規 2.評析 先進技術或方法、策略、政策、措施、法規 3.標竿及統計數據：技術或方法、產業、市場等趨勢分析 4.其他： 摘述Thermoelectric Power Generation）與熱電冷卻（ Thermoelectric Cooling）已在科技及工業界應用近四十年，而熱電物理現象更早在西元1821年就被發現。石油、煤、瓦斯等能源終有耗盡的一天，而且低汙染環保的訴求因應而生；而熱電材料就具備了環保、能源科技的優點，由熱電的工作原理就可將低等的廢熱轉換成較高等的可用電能，因此就可廢物利用，若結合太陽光能提供熱電發電機所需的熱能更可應用於日常的電力供應上。 詳細說明 1823 Seebeck 發現由兩種不同金屬接合而 thermal couples 測量溫度梯度及熱電產生器 thermoelectric generator 之工作原理。 12 年後，Peltier 則發現若於由兩種不同金屬接合成的線路上通電流，其中一接點會放熱而另一接點則會吸熱。而這個現象即是熱電致冷器 thermoelectriccooler 之工作原理。1851，物理學家 Thomson Lord Kelvin 建立了熱電現象的理論基礎;他推導出Seebeck coefficient Sab 及 Peltier coefficient Πab 之間的關係 Πab T Sab 並預測第三種熱電現象的存在 – Thomsoneffect，而後他由實驗證明其存在。而後的 100 年，由於一般材料的熱電效率低，不能引起科學家廣泛的興趣，熱電現象這個領域幾乎停滯不前。一直到1954 年， Goldsmid 和Douglas 用有較高電熱效應的半導體材料，將其研發的熱電致冷器成功的冷卻至 0°C 以下，才因此引起全球性的研發熱潮。 傳統將稱 thermoelectric materials ，是一種將電能與熱能交互轉變的材料。熱電產生及致冷器的工作原理分別如圖一 a , b 及其優點如下： 1. 小，堅固，且無雜音 2. 溫度控制可在 ±0。1 oC 之內 3. 不必使用CFCs CFC 被認為會破壞臭氣層 4. 可回收熱源轉變成電能 節約能源 雖然其優點眾多，但目前利用熱電材料製成的裝置其效率 5% 仍遠 比傳統冰箱或發電機小。電熱材料需要有高導電性以避免電阻所引起電功率之損失。同時亦需具有低熱傳導係數以使冷然兩端的溫差不致因熱傳導而改變。 熱電 Thermoelectric figure of merit ZT 來評估: ZT S2Tσ/κ 其中S 為熱電勢 thermoelectric power or Seebeck coefficient ，T 為絕對溫度，σ 為電導率 electrical conductivity ，κ 為熱傳導係數 thermalconductivity 。 目前電熱材料的選擇可依其運作溫度分為三類，其ZT 隨溫度的變化 見圖二: 一． 碲化鉍 Bismuth telluride 及其合金: 這是時下被廣為使用於熱電致冷器的材料，低溫其最佳運作溫度 450 oC 。 二． 碲化鉛 Lead telluride 及其合金: 這是時下被廣為使用於熱電產生器的材料，其最佳運作溫度大約為1000 oC。 三． 矽鍺合金 silicon germanium : 此材料亦常應用於熱電產生器，其最佳運作溫度大約為1300 oC。 近年來奈米科技相關研究蓬勃發展，然而此一跨領域的基礎研究工作 仍處於萌芽的階段。熱電材料應用之相關研究亦是歐美、日各國於奈米科 技中全力發展的重點之一，目前不論在理論方面或實驗方面均有皆有很大 的研究空間。 註：1.請計畫執行單位上傳提供較具策略性的知識物件，不限計畫執行有關內容。 2.請計畫執行單位每季更新與上傳一次，另有新增政策建議可隨時上傳。 3.文字精要具體，量化數據盡量輔以圖表說明。