[发明专利]玻璃状基质中的高密度丝线阵列的制造方法

说明书

本申请是申请日为2006年12月5日、申请号为200680045995.7、题为“玻璃状基质中的高密度丝线阵列的制造方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及玻璃状基质中的高密度纳米线阵列及其拉伸方法。

背景技术

热电材料当经历热梯度时发电并且当电流从它们中流过时产生热梯度。几十年来科学家一直试图利用实际的热电，因为实际的热电可以：（1）代替在现有制冷系统诸如冰箱和空调中使用的碳氟化合物；和（2）通过将一些或大部分废热转换成电而减少热力发电期间的有害排放；以及其它作用。然而实际热电的前景还没有实现。一个问题是由于其效率低，热电技术中的工业标准不能从功能上被结合到日常加热和制冷产品和系统中。

块体形式（bulk form）热电装置诸如热电发电器（thermoelectric generators,TEG）、热电制冷器（thermoelectric refrigerators,TER）和热电蒸汽泵被用于直接将热转换成电或者直接将电转换成热。然而，这些块体形式热电装置的能量转换效率和/或性能系数比那些传统往复式或旋转式热力发动机和蒸汽压缩系统低很多。鉴于这些缺点和该技术总体上不成熟，块体形式热电装置没有得到广泛普及。

两个不同金属或合金当经历热梯度时能产生小电流，由此形成了早期的热电接点。当热被传送穿过接点时就产生了差动电压，因此将一部分热转换成电。几个接点可以被串联以提供更大的电压，被并联以产生增大的电流，或者两者兼有。现代的热电发电器可以包括串联的多个接点，产生更大的电压。这样的热电发电器可以以模块形式制造以提供并联连接，从而提高所产生的电流的量。

在1821年，托马斯·约翰·塞贝克（Thomas Johann Seebeck）发现第一热电效应，被称为塞贝克（Seeback）效应。塞贝克发现，当指南针放在由两个不同金属制成的闭合回路附近时发生了偏离，此时两个接点之一保持在比另一个更高的温度下。这证明当两个接点之间存在温差时就产生电压差，其中电压差取决于所涉及金属的性质。每℃热梯度产生的电压（或EMF）被称为塞贝克（Seeback）系数。

在1883年，珀耳帖（Peltier）发现第二热电效应，被称为珀耳帖效应。珀耳帖发现，无论何时使电流流过接点，在不同金属接点处都发生温度变化。热在接点处或者被吸收或者被释放，这取决于电流的方向。

威廉·汤姆逊先生（Sir William Thomson），后来被称为开尔文勋爵（Lord Kelvin），发现第三热电效应，被称为汤姆逊效应，其涉及经历温度梯度的单相带电流导体的加热或冷却。开尔文勋爵还建立了关联塞贝克、珀耳帖和汤姆逊效应的四个方程（开尔文关系式）。在1911年，Alterikirch提出，利用热电原理将热直接转换成电，或者反之亦然。他建立了电力产生和制冷的热电理论，其中塞贝克系数（热-电力）要求尽可能高以达到最佳性能。该理论还要求电导率尽可能高，以及热导率最小。

Alterikirch建立了一个确定材料的热电力转换效率的标准，他将其命名为功率因数（power factor,PF）。后者通过下述方程式表示：PF=S²*σ=S²/ρ，其中S是塞贝克系数或热-电力（thermo-power），σ是电导率以及ρ（1/σ）为电阻率。Alterikirch因此建立了下列方程：Z=S²*σ/k=S²/ρ*k＝PF/k，其中Z是具有K^-1量纲的热电品质因数。通过乘以绝对温度T，该方程可以变成无量纲的，在该温度下进行对S、ρ和k的测量，使得无量纲热电品质因数或ZT因数等于（S²*σ/k）T。由此得出结论，为了提高热电装置的性能，功率因数应当尽可能多地增大，而k（热导率）应当尽可能多地被减小。

材料的ZT因数表明其热电力转换效率。四十年前，存在的最好ZT因数为大约0.6。四十年的研究之后，商业上可利用的系统仍局限于几乎不能达到1的ZT值。广泛认为，大于1的ZT因数将打开热电发电之门，从而开始取代现有的发电技术、传统的家用冰箱、空调等。的确，ZT因数甚至为2.0或更大时的实际热电技术将可能导致下一代加热和制冷系统产生。鉴于以上所述，对生产实际热电技术的方法存在需要，该方法实现增加的ZT因数，为大约2.0或更大。