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1、第28卷第3期昆明理工大学学报(理工版)Vol.28No.32003年6月JournalofKunmingUniversityofScienceandTechnology(ScienceandTechnology)Jun.2003热电材料的最新进展周芸,沈容,史庆南,孙加林(昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南昆明650093)摘要:简要介绍热电效应及利用热电效应实现温差发电和通电制冷的原理.评估了热电材料的性能因子Z,热电材料的研究发展过程及近几年的最新研究动向,给出评价理想热电材料的必要条件及改善性能因子Z的可能途径,并指出热电材料在绿色能源工程及
2、制冷技术上的广阔应用前景.关键词:热电材料;性能因子;Seebeck系数中图分类号:TN304文献标识码:A文章编号:1007-855X(2003)03-0014-04RecentDevelopmentofThermoelectricMaterialsZHOUYun,SHENGRong,SHIQin-nan,SUNJia-lin(FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,China)Abstrac
3、t:Thermoelectriceffectsandtheessentialprinciplesofthermoelectricgeneratorandrefrigeratorareintroduced.Thefigureofmeritforthermoelectricmaterialsisdefined,andtherecentprogressofthermoelectricmaterialsisreviewed.Thenecessarycriteriaforidealthermoelectricmaterialsandthepossibleways
4、toimprovethefigureofmeritareputforward.Itispointedoutthatthenextgenerationthermoelectricmaterialswillbewidelyusedforrefrigerationandpowergenerationengineeringinnearfuture.Keywords:thermoelectricmaterials;figureofmerit;Seebeckcoefficent0引言早在1823年德国的物理学家ThomasSeebeck就在实验中上发现,在具有温度
5、梯度的样品两端会出现电压降,这一效应成为制造热电偶测量温度和将热能直接转换为电能的理论基础,称为Seebeck效应.Seebeck提出了用热电材料制成热电发电器的设想.1834年HeinrichLens又发现将一滴水置于铋(Bi)和锑(Sb)的接点上,通以正向电流,水滴结成冰,通以反向电流,冰融化成水,此效应称为制冷效应或Peltier效应.在此后的100多年,热电材料的研究主要是围绕金属材料进行的,由于热电转换效率低,所以有关热电材料及热电转换装置的研究和应用一直进展缓慢.在20世纪50年代,AbramIoffe发现,半导体材料的热电转换效应比金属材
6、料有数量级上的增强,利用半导体热电材料有望实现温差发电和制冷的设想,从而在全世界范围内掀起了研究热电材料的热潮,这种研究热潮持续了数年之久,研究和评估了大量的半导体[1]材料,并发现Bi-Te、Sb-Te系半导体材料具有良好的热电特性.在此后的几十年,由于半导体热电材料仍难以满足现实应用过程对热电转换和制冷效率的要求,研究工作又处于低潮阶段.直到90年代初期,随着全世界环境污染和能源危机的日益严重,对人类可持续发展广泛的关注,导致发达国家对新环保能源替代材料开发研究的重视和巨额投入,利用热电材料制成的制冷和发电系统体积小、重量轻;无任何机械转动部分,工
7、作中无噪音,不造成任何环境污染;使用寿命长,且易于控制.由于热电材料的这些特性使其再次成为材料科学的研究热点.近十年来,材料科学的新进展,如材料制备工艺及分析手段的多样化,计算机模拟在材料科学中的应用,新型先进材料的不断出现,使得设计和制备新型高性能高效率的热电材料的可能性逐渐增大.目前,围绕着一种称为“声子玻璃电子晶体”型热电材料收稿日期:2002-10-16;基金项目:云南省自然科学基金(项目编号:98E007Q).第一作者简介:周芸(1963.10～),女,在读博士,副教授;主要研究方向:结构及功能材料;E-mail:zyuncrystal@ya
8、hoo.com.第3期周芸,沈容,等:热电材料的最新进展15[2](PGEC)的研究正在广泛展
