Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Maison » Facteur de mérite thermoélectrique (ZT)

Facteur de mérite thermoélectrique (ZT)

1950
  • Abram Ioffe
Chercheur mesurant des matériaux thermoélectriques dans un laboratoire de physique des solides.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le facteur de mérite thermoélectrique “ZT” est une grandeur sans dimension qui mesure l'efficacité d'un matériau pour les applications thermoélectriques. Il est défini comme [latex]ZT = \frac{S^2 \sigma T}{\kappa}[/latex], où S est le Seebeck le coefficient ZT, [latex]\sigma[/latex] la conductivité électrique, T la température absolue et [latex]\kappa[/latex] la conductivité thermique. Une valeur ZT plus élevée indique un matériau thermoélectrique plus efficace.

The figure of merit encapsulates the essential properties a material must possess to be effective in thermoelectric energy conversion. The numerator, [latex]S^2 \sigma[/latex], is known as the power factor. A high Seebeck coefficient (S) is needed to generate a large voltage from a given temperature difference, and high electrical conductivity ([latex]\sigma[/latex]) is required to minimize resistive (Joule) heating losses. The denominator, thermal conductivity ([latex]\kappa[/latex]), must be as low as possible. A low [latex]\kappa[/latex] helps maintain a large temperature difference across the device, which is essential for both power generation (Seebeck effect) and cooling (Peltier effect).

The primary challenge in thermoelectric material science is that these properties are often interdependent and conflicting. For instance, materials with high electrical conductivity (like metals) also tend to have high thermal conductivity due to the Wiedemann-Franz law. The quest for high ZT materials has led to advanced strategies like nanostructuring. By creating structures with features on the nanoscale, it is possible to scatter phonons (which carry heat) more effectively than electrons (which carry charge), thereby reducing [latex]kappa[/latex] without significantly harming [latex]sigma[/latex]. This ‘phonon-glass electron-crystal’ concept has led to significant improvements in ZT values over the last few decades.

UNESCO Nomenclature: 2211
- Physique de l'état solide

Taper

Propriété physique

Perturbation

Incrémentale

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • découvertes des effets Seebeck, Peltier et Thomson
  • développement de la physique du solide et de la théorie des semi-conducteurs
  • compréhension des mécanismes de transport électrique et thermique dans les solides
  • loi de Wiedemann-Franz reliant la conductivité électrique et thermique

Applications

  • référence pour comparer les performances de différents matériaux thermoélectriques
  • orienter la recherche en science des matériaux vers le développement de dispositifs thermoélectriques plus efficaces
  • paramètre de conception dans l'ingénierie des générateurs thermoélectriques (TEG) et des refroidisseurs (TEC)
  • prédire l'efficacité maximale possible d'un dispositif thermoélectrique

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

En raison du trafic généré par les robots de scraping, actuellement supérieur à 40 000 par jour, ce contenu est réservé aux membres de la communauté.
> Connexion < ou > Registre < (100% gratuit) pour y accéder, ainsi qu'à tous les autres contenus et outils à accès restreint.

Related to: figure of merit, ZT, thermoelectric efficiency, seebeck coefficient, electrical conductivity, thermal conductivity, material science, power factor, phonon scattering, nanostructuring.

Contexte historique

Facteur de mérite thermoélectrique (ZT)

1950
1950
1950
1950
1950
1950
1957
1947
1950
1950
1950
1950
1950
1957
1957

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

Les images en pleine résolution et les téléchargements sont uniquement disponibles, et 100% gratuits, pour les membres inscrits.