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थर्मोइलेक्ट्रिक फिगर ऑफ मेरिट (ZT)

1950
  • Abram Ioffe
ठोस अवस्था भौतिकी प्रयोगशाला में थर्मोइलेक्ट्रिक पदार्थों का मापन करने वाला शोधकर्ता।.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

थर्मोइलेक्ट्रिक गुणधर्म का मान (ZT) एक आयामहीन मात्रा है जो थर्मोइलेक्ट्रिक अनुप्रयोगों के लिए किसी पदार्थ की दक्षता को मापता है। इसे [latex]ZT = frac{S^2 sigma T}{kappa}[/latex] के रूप में परिभाषित किया जाता है, जहाँ S ऊष्मा विद्युत का मान है। सीबेक ZT गुणांक है, जहाँ [γ] विद्युत चालकता है, T परम तापमान है, और [Δp] तापीय चालकता है। उच्च ZT मान अधिक कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक पदार्थ को दर्शाता है।

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
ठोस अवस्था भौतिकी

Type

स्थूल संपत्ति

व्यवधान

इंक्रीमेंटल

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • सीबेक, पेल्टियर और थॉमसन प्रभावों की खोजें
  • ठोस अवस्था भौतिकी और अर्धचालक सिद्धांत का विकास
  • ठोस पदार्थों में विद्युत और तापीय परिवहन तंत्रों की समझ
  • विद्युत और तापीय चालकता से संबंधित वीडेमैन-फ्रांज नियम

आवेदन

  • विभिन्न थर्मोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए एक मानक।
  • अधिक कुशल थर्मोइलेक्ट्रिक उपकरणों के विकास की दिशा में पदार्थ विज्ञान अनुसंधान का मार्गदर्शन करना
  • इंजीनियरिंग थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (टीईजी) और कूलर (टीईसी) में डिजाइन पैरामीटर
  • किसी ऊष्मविद्युत उपकरण की अधिकतम संभावित दक्षता का पूर्वानुमान लगाना

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

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

ऐतिहासिक संदर्भ

थर्मोइलेक्ट्रिक फिगर ऑफ मेरिट (ZT)

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1947
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1957
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(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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