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鄒小姐：13326633089 -
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能量轉換是指能量形態上的轉換，通常我們可以通過特定的能量轉換裝置產品，將一種形式的能量轉變為另一種形式的能量。例如，燃料電池可以將燃料（氫氣、甲醇、金屬鎂/鋁/鋅等）的化學能直接轉化為電能；又例如陶瓷加熱器可以通過電阻加熱將將電能轉化為熱能；壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能；半導體制冷采用用特種半導體材料，做成制冷器件，不用制冷劑，通電后直接制冷。下文以京瓷的產品作為參考整理一下相關陶瓷部件應用的信息。
來源：KYOCERA
1、加熱器
京瓷官網對氮化硅加熱器的特征表述：2秒以內到達1，000℃，最高使用溫度1，400℃。
▲京瓷氮化硅加熱器
1.1、應用案例：電熱塞、各類高溫氣體點火
氮化硅加熱器可以作用于柴油機啟動預熱、各類高溫氣體點火。電熱塞是作為車用柴油機的輔助冷起動措施而出現的。不僅大幅度地改善了柴油機的冷起動性能，而且是提高其起動時排放指標的行之有效措施。
1.2、新興應用：曲面玻璃加工
5G手機為了降低高頻信號損耗，后蓋多采用玻璃材質。手機3D曲面玻璃采用CNC加工，工時長，效率低，目前基本都是采用熱彎機。玻璃成型過程中，熱彎機需要升溫至1000℃以上，對加熱器要求較高。氮化硅發熱件正適用于曲面玻璃加工，氮化硅主要由Si3N4組成，耐熱沖擊性強，耐高溫強度佳。
2、氧化鋁加熱器
陶瓷加熱器是利用陶瓷材料為載體，將發熱體印刷在陶瓷體內部，一體燒結成型的。這種構造能夠完全密閉，可以設計非常精巧的發熱線路。另外，發熱線路的設計也非常靈活，可任意調整形狀及功率，還可設計多個線路以實現切換溫度傳感的功能。
氧化鋁加熱器是以高可靠性集成電路用陶瓷封裝中的陶瓷層疊技術為基礎開發的，可靠性非常高的工業用加熱器。最高使用溫度1，000℃，常規使用溫度800℃。（來源京瓷產品描述）。此外，在此外珠海惠友的官網描述中我們了解到氧化鋁陶瓷發熱體在通電工作時，10S內發熱片表面可達200℃，30秒鐘內可上升到800℃，長期使用溫度可達500-700℃（已經實用化的PTC發熱材料的最高溫度為300℃）。
應用案例：①智能馬桶加熱器：氧化鋁加熱器可用于智能馬桶瞬間即時加熱，不需要熱水儲水罐；②氣體傳感器加熱器：提升氣體傳感器可靠性，縮短啟動時間。
3、PTC陶瓷加熱器
PTC（PositiveTemperatureCoefficient）陶瓷，亦稱“正溫度系數熱敏陶瓷”。一類電阻在常溫下很小，但會隨溫度升高到某一特定溫度(轉變溫度)而突然增大千倍至百萬倍，溫度下降又恢復原狀的陶瓷。PTC加熱器又叫PTC發熱體，采用PTC陶瓷發熱元件與鋁管組成。PTC加熱器應用領域廣泛，下游應用涉及到汽車、空調、暖風扇、干燥機、干衣機等領域。
▲PTC加熱器原理及功能：①帶電型空氣加熱器容易獲得較大的功率，成本也比較低；但是由于散熱器是帶電的，容易存在安全隱患；②絕緣型空氣加熱器，散熱器與PTC陶瓷加熱片是由絕緣的，散熱器不帶電。絕緣型空氣加熱器比較安全，但是功率較低，成本較高。
▲空調的電輔熱技術是PTC電輔熱技術
它的基片是鈦酸鋇與微量的鑭族元素，燒結而成的陶瓷半導體，其電阻率隨溫度升高按指數關系增加。其次隨著摻入鈦酸鋇中微量元素品種和含量不同，其電阻率也就不同。BaTi03(BT)的居里點是120℃，現在市場上居里點超過120℃的PTC熱敏電阻材料(簡稱PTC材料)幾乎全都是通過加鉛來實現的。但鉛會危害人們的身體健康及產生環境污染。人們一直試圖研究出環保型無鉛高居里點PTC材。實用化的PTC發熱材料最高溫度為300攝氏度。
▲PTC加熱片的制備工藝
壓電陶瓷是一種能將機械能和電能相互轉換的功能陶瓷，在諧振器、傳感器、超聲換能器、驅動器、濾波器、電子點火器等方面有著廣泛的應用。
1、壓電陶瓷的應用領域
壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差（稱之為正壓電效應），反之施加電壓，則產生機械應力（稱為逆壓電效應）。如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產生高頻聲信號（機械震動），這就是我們平常所說的超聲波信號。也就是說，壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，這種相互對應的關系確實非常有意思。精密的壓電陶瓷，在嚴酷的環境下也能在千分之一秒到數十分之一秒的間隔內，實現從納米到幾百微米的變形震動，然后高速準確的重復。
2、常見的壓電陶瓷材料
鈦酸鋇(BaTiO3)壓電陶瓷具有較高的壓電系數和介電常數，機械強度不如。
鋯鈦酸鉛Pb(Zr·Ti)O3。系壓電陶瓷（PZT）壓電系數較高，各項機電參數隨溫度、時間等外界條件的變化小，在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素，可以獲得不同性能的PZT材料。
鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷（PMN）具有較高的壓電系數，在壓力大至700kg/cm2仍能繼續工作，可作為高溫下的力傳感器。
固體氧化物燃料電池（solidoxidefuelcell，SOFC）是最高效率的燃料電池，也稱作陶瓷燃料電池，是一種在中高溫下將各種燃料氣（天然氣、垃圾填埋氣、煤氣、甲醇等）的化學能高效地轉化為電能的全固態燃料電池。SOFC由電解質（陶瓷材料）、陽/陰極、連接體（陶瓷或合金）構成單電池，再由多個單電池構成電堆。京瓷的SOFC:精密陶瓷設計·制造·測評技術，可實現產品9萬小時連續工作的，360次啟停，12年設計壽命。
1、應用領域
數百瓦～數千瓦功率的SOFC（固體氧化物燃料電池）期待活躍在通信基站、信號機、管道監視等領域。數百瓦～數千瓦功率的SOFC（固體氧化物燃料電池）還活躍在家庭、便利店、餐飲店、理發店等應用場景（來源KYOCERA）。
2、常見的固體電解質：
固體電解質是SOFC的核心部件，目前研究較多的ZrO2基電解質、CeO2基電解質和Bi2O3基電解質均為螢石結構的固體電解質。其中CeO2基電解質在低溫下具有較高的離子電導率，但容易被還原，引入電子電導，從而降低能量轉化效率。Bi2O3基電解質有最高的離子電導率，但是穩定性較差，至今沒有得到廣泛應用。具有鈣鈦礦結構的LSGM電解質在低溫時具有較高的氧離子電導率，是目前綜合性能較好的一種低溫電解質材料。La2Mo2O9電解質在580℃有結構相變，并且其易與電極發生反應限制了它的發展。
四、半導體制冷模塊/熱電模塊/Peltier元件/熱電致冷器
熱電制冷（亦名溫差電制冷、半導體制冷、電子制冷）是以溫差電現象為基礎的制冷方法，它是利用“塞貝克”效應的逆反應-珀爾帖Peltier效應的原理達到制冷目的。塞貝克效應就是在兩種不同金屬組成的閉合線路中，如果保持兩接觸點的溫度不同，就會在兩接觸點間產生一個電勢差--接觸電動勢，同時閉合線路中就有電流流過，稱為溫差電流。反之，在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若通以直流電，就會使一個接點變冷，一個變熱，這稱為珀爾貼效應，亦稱溫差電現象。
純金屬的熱電效應很小，若用一個N型半導體和一個P型半導體代替金屬，效應就大得多。接通電源后，上接點附近產生電子-空穴對，內能減小，溫度降低，向外界吸熱，稱為冷端。另一端因電子-空穴對復合，內能增加，溫度升高，并向環境放熱，稱為熱端。一對半導體熱電元件所產生的溫差和冷量都很小，實用的半導體制冷器是由很多對熱電元件（半導體晶粒）經并聯、串聯組合而成，也稱熱電堆。將這些組合的晶粒上下面覆蓋陶瓷片或其它導熱的絕緣材料，在通電的狀態下，便形成一面吸熱、一面放熱的效應。其結構及原理圖如下：
▲制冷片原理圖（來源：一冷科技）
▲珀耳帖元件
1、相關材料：
半導體制冷器可用的陶瓷材料有Al2O3（96%氧化鋁）、BeO（氧化鈹）、AlN（）等。其中，氧化鈹和氮化鋁的熱傳導率較高，但氧化鈹生產要求高，所以很少使用，而氮化鋁的成本相較氧化鋁高，可用于要求較高的產品。因此，氧化鋁在半導體制冷器中應用最廣泛。目前熱電模塊最常用到的半導體熱電材料是以碲化鉍為基體的三元固溶體合金。通過摻雜得到P型和N型碲化鉍半導體熱電材料。其中P型是Bi2Te3-Sb2Te3，N型是Bi2Te3-Bi2Se3，采用垂直區熔法提取晶體材料。
熱電致冷器應用領域：目前熱電制冷模塊已在半導體、消費電子、汽車、工業、航空、醫療、通信等領域內多個場景實現廣泛應用。
2、應用領域：汽車座椅溫度調節
半導體制冷模塊/熱電模塊/Peltier元件具備加熱和冷卻兩種效果的熱控制模塊。通過電流使表面溫度變化，可以持續保持在設定的目標溫度(溫度調節)。
通過在駕駛員座椅，前排乘客座椅甚至后排座椅上使用熱電模塊，使座椅中散發出冷熱的空氣，以調節車體溫度，即使長時間仍可舒適駕駛。（來源：Ferrotec Material Technologies --Peltier Type Climate Control Seat）
3、應用領域：消費電子
消費電子領域是目前半導體熱電制冷技術一個大的應用市場，其最典型的應用是在有限的空間內制冷或通過制冷、制熱實現精確控溫，如恒溫酒柜、電子冰箱、冷熱型飲水機、電子空調、啤酒機、恒溫床墊、除濕機、手機散熱夾、水離子吹風機等。
4、應用領域：通訊電力
網絡及通訊技術的快速發展，對訊號傳輸的品質及速度提出了更高要求。器件性能不斷提升，封裝尺寸不斷縮小，造成器件的發熱密度不斷提升，如果熱無法迅速散去，會造成產品可靠度降低，甚至損毀的嚴重后果。對于光通訊器件而言，除了散熱，溫度的控制更為重要。半導體制冷模組可以通過對輸入電流的控制，實現高精度的溫度控制，再加上其體積小，制冷效率高的特點，非常適用于光通訊器件的精密溫度控制。
部分產品應用參考來源：KYOCERA官網
編輯：粉體圈Alpha
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