国立产业技术综合研究所［中钵良二会长］（以下简称“AIST”）物理测量标准研究部[研究部主任 Yasuhiro Nakamura] 应用电工标准研究组首席研究员 Yasutaka Amaya，Hiroyuki Fujiki，研究组组长热电材料的性能塞贝克系数'' 的方法。
当对金属或半导体施加温差时，内部的电子会移动，产生与温差相对应的电压。利用这一原理将热能转化为电能的热电材料有望用作将工厂、汽车等的废热（未使用的热量）转化为电能的材料，而传统上很难有效利用废热。为了开发优异的热电材料，需要准确测定塞贝克系数，这是热电转换的性能指标，但通常，测定塞贝克系数需要使用复杂的设备进行长期测量。
产业技术研究院开发了电压、电阻等电量的精密测量技术，并将其确立为国家计量标准。现在，通过利用这些技术，我们开发了一种新的测量方法，不仅使用直流电，还使用交流电来确定塞贝克系数，而无需测量热物理特性值。新开发的方法将测量时间缩短到以前需要一天的十分之一以下，并且精度也从约10%提高到2%。
未来有望为提高热电材料的生产效率和质量以及探索新材料做出贡献。
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| 本次开发的塞贝克系数测量装置原型 |
9535_9843导热系数是啊发射率等热物性值，得到的塞贝克系数精度约为10%。因此，在热电材料的开发和制造现场，一直希望有一种能够更容易、更高精度地测量塞贝克系数的方法。
产业技术研究院开发了电压、电阻等电量的精密测量技术，并将其确立为国家计量标准。利用这些精密测量技术，我们致力于开发一种可以在短时间内高精度测量热电材料塞贝克系数的方法。
这项研究和开发得到了埼玉县先进产业创造项目“针对未利用的火力发电的高耐用性热电发电模块的开发”（2016-2019财年）的支持。
当对金属或半导体施加温差时，内部电子移动，产生与温差相对应的电压。为了测量塞贝克系数（温差与电压之间的比例系数），通常在测量样品的两端施加温差，施加直流电，测量由电子携带的热量引起的样品温度变化（图1，左）。在这种情况下，除了样品的长度和横截面积等尺寸外，还需要样品的热导率和发射率等热物理特性值。测量热物理性质需要具有先进热控制系统的复杂设备，并且测量需要时间。
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| 图1 传统塞贝克系数测量方法（左）和新开发方法（右）的原理图 |
另一方面，采用新开发的方法，使直流电通过两端有温差的样品，并测量样品中的温度变化。接下来，使用开关等传递交流电，除了测量温度变化外，还测量电压（图1右）。在交流电的情况下，热量随着电子运动方向的变化而反复吸收和释放，因此不会因电子的热量传递而发生温度变化。这里，通过将施加交流电和直流电时样品的温度变化的差异以及测量到的样品两端的电压代入由热分析新导出的公式中，可以得到样品的塞贝克系数。即无需测量导热系数等热物性值即可确定塞贝克系数。
图2显示了利用本次开发的方法测量典型热电材料铋碲合金的塞贝克系数的温度依赖性的结果，样品两端的平均温度范围为50℃至150℃。由于不需要测量热物理特性值，因此将以往每个温度大约需要一天的测量时间缩短为大约一小时。此外，虽然传统的绝对测量方法的测量精度约为10%，但已证实当前的绝对测量方法将测量精度提高至约2%。
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| 图2 铋碲合金塞贝克系数测量结果 |
未来，我们将继续改进测量装置，使其能够在更广泛的温度范围内测量塞贝克系数。此外，还将构建自动测量支持软件，以开发更易于使用的测量系统。我们还将致力于传统方法难以测量的薄膜材料，并为新材料的探索做出贡献。