聚焦万亿黄金赛道，把握环保与能源变革历史机遇

紧接着经济的快速发展，全球二氧化碳排放总量逐年递增，早对全球生态环境会造成威胁，解决气候问题对各个国家来说都已更是重中之重。

而操纵全球变暖是能解决气候问题的关键，2015年巴黎气候大会给出将全球变暖到最后控制在1．5－2℃以上，逐渐的国家提议无碳未来的愿景，一齐暂设碳中和的目标。

中国实现程序“碳中和”可以有效应对气候变化问题、基于能源转型和能源怎么消费的可持续发展、凭空创造高质量低碳的经济发展之路。

从市场层面看，相关机构测算，中国实现程序“碳中和”目标，差不多不需要136万亿人民币投入，这将是一个天量的市场蛋糕。再者，在实现程序“碳中和”的过程中，也可以增加中国与其他国家的交流互动，进一步提升国际影响力。

为助力早日实现程序碳中和，积极响应与践行“绿水青山就是金山银山”理念，环绕基于“碳达峰、碳中和”国家战略目标，冲击能源结构的改善、高科学环保技术的广泛应用，瞬间加速环保、能源产业的发展，2021年高交会环保与能源展将于2021年11月17－21日在深圳会展中心盛大启幕！

“环保与能源展”是高交会的靓丽风景线之一，本展将不断地实现碳达峰、碳中和目标，汇集符合环保和能源产业的发展趋势以及服务于绿色生活、绿色发展的具体应用，上重点展示更多水治理、空气净化、水净化、垃圾处理、智慧环保（物联网、云计算、大数据、移动互联、5G等数字信息化技术在生态环保建设和治理中的应用）、环保材料、新能源、储能、充电桩、智慧电力、又节能应用等领域的最新产品、技术及应用。

而在环保与能源产业高速公路发展的背后，除此之外政府政策的大力支持外，也有不少低碳节能环保企业各自发挥专业，互利共赢互为，对环保与能源的发展发挥作用了更是重中之重的推动作用，

截至到目前，第二十三届高交会环保与能源展已收到除了中广核、中电建、水务集团、清研、新特丽、新地环境、邦必拓、富信、佳荣、兴盛、博铭维以及深圳市生态环境局、深圳市水务局、一带一路环境技术交流与转移中心（深圳）等海内外知名企业的积极地进行，诸多最优秀的环保与能源企业纷纷携带着自身最具竞争力的产品、技术与解决方案精彩再次亮相，在展览中充分体现创新风采。

广东新特丽照明电器有限公司

自1996年起，新特丽执著于简约风格灯饰的原创设计与技术研发、高品质光在照明空间的运用，以精湛的工艺、精细化的管理、精工的品质，为消费者提供给高品质灯饰产品，并积极地推广和普及古代和现代照明在家居、酒店及商业领域中的应用。

新特丽灯饰

为配合本届高交会的焦点──环保节能，新特丽在不满足灯饰时尚性的同时，更注重其环保性，紧接着全球气候的气候变暖，环保问题更受国际国内非常重视，所以，健康、环保的灯饰也是市场发展的必然会，新特丽要坚持以简约、时尚、环保、又节能为灯饰设计理念，为灯饰市场发展受到了新的力量与活力。

广东富信科技股份有限公司

广东富信科技股份有限公司创建于2003年，是一家集研发、生产、销售、服务于一体的半导体热电技术高薪区企业，始终致力于半导体热电制冷技术（ThermoelectricCooling）、半导体温差发电站技术（ThermoelectricPower Generation）船舶概论产品研发，是半导体热电产品制造基地。公司主营业务半导体热电器件、半导体热电系统、半导体热电整机应用（恒温酒柜、电子冰箱、冰淇淋机、恒温床垫、啤酒机、除湿器、冻奶器等产品）。

富信科技多年来缓慢推广半导体热点技术，为客户提供给优质的产品和应用解决方案，以可持续发展的理念回报社会，所创造的黄色美好生活。

衢州市鼎盛化工科技有限公司

衢州市全盛化工科技有限公司是一家专业研发环保、氟、硅产品的生产技术和生产工艺、并在该领域并且技术转让和技术服务的高科技技术经济实体。

当前，兴盛化工已具备数十项国家专利，拥有数十项氟硅产品的生产技术和工艺；已为多家公司（除了2家上市公司）提供给氟产品的生产技术和工艺；每条生产线均对应可以提供了污水处理技术和工艺。

在本次环保与能源展上，兴盛化工将将集中展示氟废酸回用系统、含硫废水资源化利用系统、含硫废酸在线处理系统、氟化钙污泥生产氢氟酸等产品。

深圳市锂德新能源有限公司

深圳市锂德新能源有限公司专注于智能新能源项目，需要提供完善系统的电力能源系统解决方案，致力于提供锂离子电池的制造和设计，行最简形矩阵客户的特殊应用需求。

大赛期间展会锂德新能源给予的汽车应急启动电源，手持式储能电池，18650电池，太阳能储能电池，变革了人们日常生活中的储能。

一眼就可以看出，诸多企业聚集优势自身科技能力，为用户需要提供新型创新产品或解决方案，期望能解决的办法环保与能源方面的痛点问题，助力红色美好生活不能加速到来。再者，另外众多环保与能源的科技公司携新品亮相高交会，助力环保与能源产业发展。

高交会被奉为＂中国科技第一展＂，也是科技创新成果集中展示的比较高端平台，不但为某些新能源与节能环保领域比较新科技成果的展示推广与交流提供了一个最重要舞台，也将进一步能发挥高交会助推具有战略意义新兴产业发展和传统产业转型的重要作用。

不过，在高交会这个国际大平台上，“环保与能源展”将集中展示全球环保与能源产业最前沿的技术和成果，进一步促进科技交流与合作，为南疆环保与能源行业企业给他新的发展机遇和发展空间，敬请期待！

基于镁基新材料的下一代热电制冷模块

来源|中科院物理研究所

热电材料的重要的是功能只是相对而言可以基于热能和电能直接相互转化，热电制冷技术则基于组件电流经由完全不同导体时发生了什么热量转移到的原理，通过控制直流电的方向和大小利用对热流密度的方向和大小的调控。热电制冷更具适当调节精度高、响应快的特点，与一般的机械式制冷相比较，它不要压缩传动等运动部件，更不需要制冷剂，不出现任何一点排放与环境污染，是一种实现理想的全物理反应高效率空调制冷及热管理技术。通常情况下，衡量能力热电器件冰箱制冷性能的关键参数包括：最大压缩机温差ΔTmax，的最制冷量Qcamx和的最压缩机能效COPmax。如a.公式所示，这些性能参数与组成器件的热电材料、界面电极和热电器件的几何尺寸设计亲近去相关，其中，I、TC、S、R、K等分别对应实际器件直流电流大小、器件冷端温度、器件Seebeck系数、热电臂电阻、热电臂热导等参量。

关键参数具体公式

由公式可看出来，热电器件或热电模块的性能表现要注意取决于其核心热电材料的热电输运性能。而四十多年来，在近室温热电材料及热电压缩机方面，Bi2Te3是唯一被商业化的高性能（zT~1）材料体系。Bi2Te3热电空调制冷器件被广泛的主要是用于冷链存储、医疗器械和光通讯控温等不重要行业。未来紧接着通讯和电子信息领域对芯片控温需求的进一步提升到，热电制冷产业前景越来越宽广。不过才是目前核心热电制热材料，Bi2Te3本身未知一些特别显著缺陷，比如机械性能差、不使用Te元素导致的高成本、N型Bi2Te3材料zT相对差等，限制下载了这类材料的进一步推广和去拓展。但发现到新的近室温热电材料体系曾经的热电领域的一个重要科学问题和任务，在此背景下，近年来镁基热电材料如MgAgSb、Mg2(Si,Sn)，尤其是N型Mg3(Bi,Sb)2成为备受关注的热点材料体系。而言民间碲化铋商业材料，Mg3(Bi,Sb)2使用镁、锑、铋另外制取原材料，摈弃了贵得要命且有毒副作用的碲元素，可节约能源生产成本90%70左右，同时Mg3(Bi,Sb)2兼具品种优良的机械性能与环保优势。因为该材料，国内外具体研究进展飞快，只不过大多数分散在基础材料性能方面，而在十分有利的可服役时间全尺度热电器件的构筑和应用方面尚属空白。

近年来，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员赵怀周课题组再瞄准Mg3(Bi,Sb)2材料未来应用中的关键科学与技术问题，在该材料体系热电性能提升、化学与热稳定性可以提高、界面电极材料设计与催化剂合成、热电臂批量加工与焊再组装等环节拿到一系列突破，最终基于本身稳定服役时间性能的商业尺寸热电压缩机模块的筑建，为该类材料的应用奠定了基础。近日，基于N型Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025和P型Bi0.5Sb1.5Te3所防御体系的全尺度热电制冷模块查找论文Next-Generation Thermoelectric Cooling ModulesBased onHigh-PerformanceMg3(Bi,Sb)2material发表在Joule上。

该工作中，研究团队是需要通过SPB模型对Mg3(Bi,Sb)2材料组分并且了预设计（图2A），并理论分析和预测了对应器件的制冷温差（图2B）。同时是对目前Mg3(Bi,Sb)2体系存在的化学和热电性能稳定性差的问题，研究人员热弯曲变形工艺（图2C）对Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025的凝结样品参与了进一步一次性处理，作用效果提升Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025材料的热电性能稳定性（图2D）。该工艺通过缺陷调控，在样品中引导出高浓度的晶界及点缺陷（图2E），分析显示是因为这类缺陷的存在能增强利用Mg电导和向外扩散，从而解决的办法了材料中局部区域Mg元素成分缺失问题（直接影响到材料载流子密度和电导率会降低），为该类材料的实用化奠定基础。

相较于材料性能，热电器件的筑起是一个急切的功能的综合性问题。界面材料和制备工艺是关键因素，研究发现自己第一项的电极材料Fe、Ni未必能满足全尺度Mg3(Bi,Sb)2热电器件的稳定性和重复性要求。对这，研究团队是需要设计什么开发完毕了Mg2Cu灰部层材料，根据Mg3(Bi,Sb)2热电臂引导出富镁的环境从而促进身体血液循环抑制炎症Mg元素成分缺失。同时由于Mg2Cu/Mg3(Bi,Sb)2界面热力学很稳定，不发生肯定的元素扩散反应（图3A、3B和3C）。外，Mg2Cu过渡层的熔点（550℃）及加工温度低，可进一步如何防止电极催化剂合成过程中Mg3(Bi,Sb)2材料性能的损失。测试出来不显示，Mg2Cu/Mg3(Bi,Sb)2界面电阻率为12μΩ6x32（图3D），全部满足的条件欧姆接近需求；Mg2Cu线膨胀系数相对于Fe、Ni，与Mg3(Bi,Sb)2热电臂材料越来越匹配（图3E和3F），以免了器件服役期中的热应力问题。在以下材料与界面优化的基础上，团队成功了筑起出性能优越的7对和31对两种Mg3(Bi,Sb)2基冰箱制冷模块（图4B）。测试结果会显示，模块室温大制冷温差达到了59K（图4C），温差5K时大的制冷能效COP都没有达到8，尝试服役后6个月性能无衰减，与商业碲化铋冰箱制冷器件而言，Mg3(Bi,Sb)2基新器件最大的优势在于性能投入比实力提升了23%500左右（图4D）。该工作中，研究团队对新材料冰箱制冷模块并且了比较完备的表征，制冷量、COP、温差，和服役时间稳定性都达到或靠近商业Bi2Te3器件水平（图5），显示出Mg3(Bi,Sb)2材料及全尺度热电制热模块在下一代热电空调制冷应用方面的巨大潜力。

具体研究工作获得科学技术部重点研发项目支持。

图1期刊封面

图2(A)据理论预测和文献报道，Mg3Sb2-xBix体系室温zT值与载流子浓度和组分的依赖关系，包括(B)预测的对应模块的比较大空调制冷温差；(C)热弯曲变形法制备过程Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025样品的zT值；(D)热变型工艺的前的Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025样品电输运性能与时间依赖性关系对比；(E)成分大量点缺陷和晶界缺陷的热磨损试件TEM图像。低倍率TEM图像和高倍率TEM图像的比例尺分别为500nm和10nm；(F)塞贝克系数在热变形工艺处理后的Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025样品上的分布（样品为直径20nm的圆片）

图3（A）Mg-Cu-Bi三元相图和（B）Mg-Mg2Cu-Mg3Bi1.5Sb0.5室温赝三元热力学函数区域；（C）Mg2Cu过渡层和Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025边界附近Cu元素的分布，插图是所选边界区域的SEM图像；（D）界面电阻率的测量结果；（E）Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025与Mg2Cu材料热膨胀系数（CTE）的测试温度曲线，对比于文献报纸上的Bi2Te3、Fe、Ni与Cu；（F）实现测量的热膨胀系数，对Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025模块在最佳的位置电流下的热应力分布仿真模拟结果

图4（A）设计什么加以改进的mini-PEM热电器件制冷能效和制冷量测试装置；（B）基于P型Bi0.5Sb1.5Te3和N型Mg3.2Bi1.4975Sb0.5Te0.0025的热电空调制冷模块（分别按7对与31对压缩机器件）；（C）Mg3(Sb,Bi)2基压缩机模块的测量温差，虚线是理论计算出值，插图是与商业器件温差的对比图；（D）两种材料及对应模块的归一化成本，包括两种模块制冷量的性能投入比

图5(A)热电臂长度为2女女的7对模块的制冷量与电流的关系；(B)固定设置热流条件下，模块（热电臂长度为2mm）制冷温差随电流变化的函数；(C)分别工作在5K、10K和15K的温差下，7对模块（热电臂长度为2mm）COP的测量结果，虚线是理论预测。插图为商用Bi2Te3模块在虽然工作条件下COP的测量数据；(D)在3A的电流下，对7对模块（热电臂长度为2童鞋）的电阻进行3000min的在不服役期监测，同时在6个月内对模块电阻坚持了监测，只能证明服役期性非常优异

原文信息JiaweiYang,Guodong Li,Hangtian Zhu,et al. Next-generation thermoelectric cooling modulesbased on很high-performanceMg3(Bi,Sb)2material.Joule6,1–12.