Peltier效应: 从线性到非线性*

杨振 朱璨 柯亚娇 何雄3) 罗丰王剑 王嘉赋 孙志刚†

1) (武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070)

2) (武汉理工大学理学院, 武汉 430070)

3) (华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心(筹), 武汉 430074)

热电制冷技术是一种环保型的制冷技术, 具有广阔的应用前景.其中Peltier效应在热电制冷过程中具有核心作用, 但是由于Peltier系数很难测量, 在实际应用过程中通常是首先得到Seebeck系数, 然后利用Kelvin第二关系式间接得到Peltier系数.需要注意的是, Kelvin第二关系式是在线性条件下(Ohm定律、Fourier定律等)得到的, 而在实际过程中非线性的电流-电压关系(肖特基结、pn结等)和热输运关系却是大量存在的.在纳米尺度, 量子效应将起到主导作用, 此时Peltier效应应该考虑非线性的影响, Kelvin第二关系式的适用性也应该重新考虑.本文综述了采用不同方法对Peltier系数和Kelvin第二关系式的理论推导, 讨论了推导过程中利用的假设条件; 概述了Peltier系数实验测定的几种方法, 讨论了各种附加效应对Peltier系数测定的影响; 并介绍了非线性Peltier效应的理论工作.最后本文讨论了在非线性条件下Peltier效应的研究策略和可行方向.

1 引 言

Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应是3种基本的热电效应.众所周知, Seebeck效应是一种温差生电效应, Peltier效应是一种界面处的电致吸热或放热效应, 而Thomson效应是电流通过存在温度梯度的导体时发生的吸热或放热效应(如图1所示).其中Peltier效应由法国科学家Jean Charles Athanase Peltier于1834年发现[1].研究者通常认为Peltier效应是线性可逆的, 即单位时间内界面处吸收……