热电材料研究热点

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1、ToGuan:前面］部分是我找的一些背景知识（方便理解和制作PPT）。第四部分是我负责的内容。（我养了4000字，你可以根据情况进行删减和整合。参考文献我还没冇罗列，准备根据删减和整合的情况，我在第二稿里面加进去）功能材料-李梦露部分（热电材料的研究热点）1,什么是热电材料？热电材料是-•种不需运动部件即可实现热能和电能相互传换的功能材料。热电材料的性能由热电灵敏值（热电优值）Z来描述：Z=S2（t/k。其中S是Seebeck系数，又称热电系数,。和k分别是材料的电导率和导热系数。因为不同环境温度下材料的热电灵敏值不同，习惯上，人们常用热电

2、系数与温度之积刀这一无量纲量来描述材料的热电性能（T是材料的平均温度）。2,什么是热电制冷器？定义和应用：半导体制冷器是根据帕耳帖原理，即利用直流电流引起半导体材料中的热量输运,制成的一种简单方便的新型制冷器。其结构简单，工作环境要求很低;无制冷工质,无机械部件,无振动，可做到很长寿命;制冷迅速，而且交换电流方向即可实现制冷或制热，调节电流大小即可控制冷量输出；改变电借大小及温差电対的排布方式，就可满足各种不同需要，制成大到千瓦级的空调，小到冷却红外探测器件的毫瓦级的微型制冷器。因此半导体制冷器在国防、工业、农业、医疗和日常生活等各领域均获

3、得广泛应用。结构：半导体制冷器（图一左）用导体连接两块不同的金属，接通直流电，则一个接点处温度降低，另一个接点处温度升高。纯金属的热■电效应很小，若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属，效应就大得多。接通电源后，上接点附近产牛电子・空穴对，内能减小，温度降低，向外界吸热，称为冷端。另一端因电子-空穴对复合，内能增加，温度升高，并向环境放热，称为热端。一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小，实用的半导体制冷器是由很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称热电堆。改变电流方向，即可用热ill材料发电（图一右）。HealsoyrceRefr

4、igerationActivecoolingpnxvHeatsinkHeatsinkExternalpowerinputPowergeneration图一1,为什么要研究半导体热电材料？为什么要研究热电材料：虽然半导体制冷器具有机械制冷机所没有的无振动、无制冷剂、工作简单可靠和长寿命等重要优点，但同机械制冷机相比,仍存在制冷效率较低、制冷温差较小等不足。究其原因主要是材料的优ffi系数不高，因而口从50年代末发现半导体材料在帕耳帖效应中表现出的较高的热电性能以来，人部分研究工作都集中在寻找更好的热电材料上。近年来，由于氟利昂对环境的破坏作用

5、已被人们普遍认识.制造无污染无噪声的制冷机成了制冷技术追求的目标。同时，随着计算机技术、航天技术和超导技术及微电子技术的发展，迫切需耍小型、静态制冷且能固定安装的长寿命的制冷装置。因此，适丁•制造这种装置的热电材料乂重新引起人们浓厚兴趣。但是，较成熟的儿类热电材料的热电转换效率较低，除作为特殊用外不适于一般的应用.另外，超导电子学及激光技术的发展对热电材料的性能提出了更高的要求。为什么是半导体不是金属：人多数金属及半导体材料都具有程度不同的热电性能，但具有较高的Z或刀值适用于热电换能器的材料却较少。一•般情况下，金属材料Seebeck系数较

6、低,只适于热电测量，某些半导体材料，特别是合金半导体材料具有较高的Seebeck系数，是热电换能器的首选材料。2,热电材料研究热点（改性措施的背景及原理；现状；发展趋势+儿种实验工艺）改性（目的是增加热电优值，目前较好的块体热电材料的热电优值ZT都在1左右,热电转换效率也非常低,只有氟利昂压缩制冷技术的1/3,所以最大限度地改善材料的热电性能，提高材料的热电转换效率就成了研究者必须解决的问题）研究背景和原理：显然，最人限度地提高材料的热电灵敏值即提高材料的热电转换效率是热电材料发展的方向，由热电优值公式Z=S2a/K可以发现，提高热电材料的

7、热电灵敬值主耍有以下几种途径：（1）寻找具有较高的Seebeck系数的材料（提高S）每种半导休材料都具有一定的Seebeck系数，材料的Seebeck系数与材料的晶体结构、化学组成及能带结构等有关。利用理论计算和实验的方法寻找高热电灵敏值材料当然是一条冇效的途径c但材料的构型及化学组成确定后，若想得到性能更好的材料还需通过以下途径。（2）提高材料的电导率疔可以通过提高载流子浓度和载流子迁移率从而提高热电半导体材料的电导率。但实验证明，对许多热电半导体材料来讲，电导率的提髙至一定值后，其Seebeck系数却随着电导率的进一步提高而较大幅度地下

8、降。从而使热电灵敏值的分子项S衍nJ调范围受到限制。若想得到性能更好的热电材料，降低材料的导热系数成了提高热电性能最重要的途径。（3）降低材料的热导率K材料的热导率山两部分构成。