热电物性测量技术及器件优化应用
课程编码：280223085802M3001
英文名称：Measurement Techniques for Thermoelectric Pproperties and Application of Device Optimization
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：张挺等
教学目的要求
本课程是能源动力及工程热物理学科与材料学科研究生的交叉学科基础课。课程主要包括热导率、热扩散率、发射率、塞贝克系数、优值系数等热电物性参数的物理含义、测量方法及应用；典型热电性能优化方法、纳米到宏观尺度热电性能参数的先进测量方法、热电材料/器件及其在“双碳“工程技术中的重要作用。通过本课程的学习系统掌握物质的热电物理性能参数的基本概念及其物理本质。熟悉国内外热电性能参数测量的主要仪器及前沿技术，热电性能优化的主要策略、先进柔性热电材料及器件应用。初步掌握通过尺度、组分、微观结构等分析获得热电性质的基本思路及方法，了解热电性质的测量方法及测试技术，特别是实验研究的基本思路、基本方法及前沿技术。初步掌握纳米到宏观的热电器件优化设计及其在”零碳“制冷、余废热发电、医学传感、深空深海”零噪“供电等反面的应用现状及前景。要求学生学习本课程时，多涉猎材料学及传热学有关学科，包括固体物理、纳米材料、传热学、热工基础等的有关内容。
预修课程
传热学、工程热力学、固体物理、纳米材料基础
大纲内容
第一章 热物性概论 2学时 郑兴华
第1节 热物性学的基本内涵、热物性的需求
第2节 发展简史及总体研究现状
第二章 热输运特性基本概念及基本理论方法 2学时 郑兴华
第1节 热输运的基本概念、气体导热、固体导热、液体导热
第2节 界面热导及纳米尺度导热的理论方法
第三章 热输运特性的实验方法与技术 4学时 郑兴华
第1节 绝对法、比较法、混合法
第2节 圆柱体法、矩形棒法及热电法
第3节 周期热流法、激光闪光法、热线热带法、探针法
第4节 比较法、3ω法、热反射法、热成像法等
第四章 热电转换基本原理及性能优化 4学时 郑兴华
第1节 热电转化物理效应及基本理论
第2节 热电转换效率与热电材料性能优值
第3节 典型热电材料性能及优化策略
第4节 纳米结构热电输运理论与纳米热电材料
第五章 体材料热电性能测量技术 2学时 郑兴华
第1节 体材料电导率测量技术
第2节 体材料塞贝克系数测量技术
第3节 传统体材料热导率测量技术
第4节 极端条件体材料热导率测量技术
第六章 微纳薄膜及纤维热电性能测量技术 4学时 郑兴华
第1节 薄膜/纤维电导率测量技术
第2节 薄膜/纤维塞贝克系数测量技术
第3节 薄膜/纤维热导率测量技术
第4节 薄膜/纤维热电参数原位综合测量技术
第七章 热辐射定率及发射率测量方法 2学时 郑兴华
第1节 热辐射的基本概念、定律、物理量以及各参量之间的关系
第2节 发射率的测量方法及原理，包括量热法、反射法、能量法、多光谱法及近场辐射测量应用
第八章 典型热电材料及性能优化 4学时 张挺
第1节 硅基、Bi2T3热电材料体系结构、性能优化及工程应用
第2节 PbX、笼结构热电材料体系结构、性能优化及工程应用
第3节 氧化物热电材料体系结构、性能优化及工程应用
第4节 类金刚石等热电材料体系结构、性能优化及工程应用
第九章 导电聚合物及其纳米复合 4学时 张挺
第1节 导电聚合物及其纳米复合热电材料的制备方法（粉体混合、溶液介质）
第2节 导电聚合物及其纳米复合热电材料的制备方法（原位聚合、自组装）
第3节 热电性能调控方法（掺杂、界面效应、迁移架桥）以及相关应用
第4节 热电性能调控方法（插层、分子链有序化）以及相关应用
第十章 微纳结构/复合热电材料及应用 4学时 张挺
第1节 微纳薄膜及应用
第2节 热电纳米粉体及应用
第3节 纳米复合热电材料及应用
第十一章 柔性热电纤维及应用 4学时 张挺
第1节 柔性热电纤维简介
第2节 纤维材料与器件
第3节 纤维织物及应用
第4节 柔性热电纤维展望
第十二章 热电器件设计集成与应用 4学时 张挺
第1节 器件结构及制备、器件设计与评价
第2节 器件界面及连接
第3节 微型器件设计与集成
第4节 器件应用及服役性能评价
参考书
1、
无机材料热物性学
奚同庚
1981年
上海科学技术出版社
2、
Nanoscale Energy Transport and Conversion
G. Chen
2005年
Oxford
3、
Nano/Microscale Heat Transfer
Zhuomin M. Zhang
2020年
Springer Nature Switzerland AG
4、
微纳米材料和结构热物理特性表征
唐大伟
2010年
科学出版社
5、
热能调控微纳结构材料
杨振中
2014年
科学出版社
6、
热电材料与器件
陈立东
2018年
科学出版社
7、
量热技术和热物性测定
陈则韶
2009年
中国科学技术大学出版社
8、
dvanced Fiber Sensing Technologies
Lei Wei
2020年
Springer Nature Singapore Ltd.
课程教师信息
张挺，中科院工程热物理研究所研究员。主要从事微纳热电材料及器件研发，在高性能热电材料及柔性热电功能纤维方面取得创新性成果。主持新加坡教育部基金项目、国家自然基金、科技部973课题、教育部重点项目及中科院项目等。在包括Nature Communications 、Advanced Materials、Nano Energy等期刊发表SCI论文50篇，授权发明专利10项。
郑兴华，中科院工程热物理研究所研究员。主要从事微纳尺度材料热电性能表征技术及传蓄热机理研究。主持国家自然基金、973子课题、中科院仪器装备研制项目等。在包括Nat Commun.、Nano Energy、InfoMat、Carbon、APL、JMCA等期刊发表SCI论文46篇。授权发明专利专利17项。作为第一完成人获2023中国材料研究学会技术发明二等奖等。