高优值系数热电材料研究.pdf

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1、·6O·材料导报：综述篇2010年2月(上)第24卷第2期高优值系数热电材料研究徐国栋，陈哲，严有为。，刘德辉，尹懿，文红民(1南昌工程学院机械系，南昌330099；2南京大学物理系，南京210093；3华中科技大学模具技术国家重点实验室。武汉430074；4华东交通大学机电工程学院，南昌330013)摘要热电材料直接将热能与电能进行转换可作为再生能源组件及做成致冷芯片，是一种极具发展前景的能源材料。着重分析了影响热电优值的基本因素，探讨了提高热电优值的3条途径，即对现有材料晶格进行多元掺杂、降低材料维数、研制新型结构材料，并阐述和展望了热电材料在发电和制冷方面的应用前景。关键词热电材料热电优

2、值掺杂性能应用中图分类号：TB32文献标识码：AStudyonThermoelectricMaterialswithHighFigureofMeritXUGuodong，CHENZhe'。，。一，YANYouwei。，LIUDehui，YINYi，WENHongmin(1DepartmentofMechanicalandPowerEngineering，NanchangInstituteofTechnology。Nanchang330099：2DepartmentofPhysics，NanjingUniversity，Nanjing210093；3StateKeyLabofDie8MouldT

3、echnology，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074；4SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，HuadongJiaotongUniversity，Nanchang330013)AbstractThermoelectricmaterialsaredrawingmoreattentionasrenewableenergycomponentsandcoolingchipsbecauseoftheproblemsofenergyshortageandenvironmentalpoll

4、ution．Inthispaper，theinfluencefactorsofthermoelectricfigureofmerit(Z丁)areanalyzedandtheapproaches1oimprovingZT。includingmultipledoping，de—creasingthematerialdimensionanddevelopingnewstructuralmaterials，arediscussed．Theapplicationofthermoelee—tricmaterialsjsalsoreviewed．Keywordsthermoelectricmaterial

5、s，figureofmerit，doping，property，application传导，晶格热导率与材料的定容比热、声子的运动速度及声0引言子的平均自由程等3个物理量有关，前2个物理量由材料本热电材料是一种能直接将热能与电能进行转换的材料。身决定，而声子平均自由程与声子散射有关，材料中杂质、缺热电材料的发现源于德国科学家ThomasSeebeck在1823陷、表面或晶界增加，声子散射几率增加，声子平均自由程减年的一次偶然实验，他发现2种不同金属接合成的电路上，少，从而热导率降低。因此，提高热电材料优值的途径主要若两接点间有温差，即会产生电动势。1834年法国的Peltier有以下3个方面：

6、①掺人杂质，改善载流子浓度和费米能级；在进行逆向操作时发现，若在2种不同金属接合成的电路上②通过各种途径增加声子散射几率，降低热导率；③研究新通电流，其中一接点会放热而另一接点则会吸热。1911年德材料。国的Altenkrich提出了热电发电和制冷的理论模型_】：即1提高热电材料优值系数的途径Z—S／K(其中Z是材料的热电优值，S为Seebeck系数，为电导率，K为热导率)，从而奠定了热电材料进行热能与电1．1晶格掺杂能相互转换的理论基础。近年来，提高热电优值的研究主要集中在通过晶格掺杂热电材料的性能指标通常以无量纲优值系数ZT来评使材料的带隙和费米能级附近状态密度增大，从而使在提高估l2]。

7、欲提升ZT值，就要增加材料功率因子(S)或减小材料电导率的同时尽量保证材料热导率不发生变化。此方材料热导率K。材料功率因子与散射因子、能态密度、载流法对提高热电材料的ZT值具有较明显的效果。本征的子的浓度和费米能级等4项物理量有关，前3项为材料本身Bi。Te。为P型半导体，通过掺人Se、I、Br、A1、U等元素或卤的特性，可从材料纯度和晶体结构方面加以改善，而费米能化物后形成N型半导体。在BiTe