热电材料作为环境友好的能源转化材料.doc

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1、.....................最新资料整理推荐.....................热电材料作为环境友好的能源转化材料，已显示出了引人瞩目的应用前景，但是热电器件走向实际应用的最大问题在于它的转换效率。从热力学的基本定理来说,热电优值没有上限。即使是应用固体理论模型和较为实际的数据计算得到的优值上限为ZT=4，仍远远大于目前己获得的最大ZT值。通过寻求新类型或新结构的热电材料，优化制备工艺等，将有可能使材料优值得到明显提高。从目前的研究现状来看，未来热电材料的研究方向趋于以下几个方面:2.纳米复合热电材料的研究1.

2、低维热电材料的研究降低材料维度，使用二维量子阱，一维量子线超晶格可以有效提高费米能级附近的态密度，增加载流子有效质量，提高Seebeek系数，同时材料中大量晶界对声子的散射使热导率大幅降低，两方面的共同作用使材料ZT值大幅提高。即在三维块体材料中引入或原位生成纳米结构，或者将低维材料体系聚合成微纳复合材料，纳米结构的引入一方面可以大幅降低热导率，另一方面，可以通过量子限制效应大幅提高费米能级附近的电子态密度，提高Seebeck系数。9.....................最新资料整理推荐....................

3、.电子跃迁示意图导电聚合物的热电优值(ZT)优化只是处于起步阶段，还需要关于形态，化学和电子结构对三个主要的热电参数的影响进行了系统的了解。因为热电特性都彼此相关，以及导电聚合物众所周知的形态复杂性及其物理性质的各向异性，这一问题变得困难起来。就在过去几十年的导体和半导体聚合物研究的基础上，为聚合物基有机热电材料的发展奠定了坚实的基础。这一新兴研究领域的一个主要挑战是理解在导电聚合物各种塞贝克效应的来源以获得高的能量因子。此外，材料的热电性能表征也应得到发展。今天，从废物和太阳热能中大面积地进行热电能量收集看起来不起眼，但正在投入

4、一些重要的努力，使起成为可能变得不再那么遥远。9.....................最新资料整理推荐.....................随着能源与环境问题的日益突出，矿物能源来源枯竭和污染环境的挑战，太阳能的热利用越来越受到人们的重视。太阳能作为一种绿色可再生能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点，温差发电技术是利用塞贝克效应效应，直接将热能转化为电能的发电技术，具有无运动部件，体积小，质量轻，可靠性高等特点，是绿色环保的发电方式。将温差发电技术和太阳能集热技术结合起来，能够直接将太阳热能转化为电能，大大简化了发电

5、系统的结构，具有广阔的应用前景。随着我国国民经济的迅速发展，能源的日益紧张以及环境污染的日趋严重。热电材料作为一种环保型能力转换材料备受人们的关注、重视，热电材料巨大的军用、民用市场需求和现代科学技术的飞速发展，必将带动相关产业的发展，形成一个具有广阔发展空间的绿色节能和环保高技术产业，产生巨大的社会和经济效益。最初，热电材料主要在太空探索等一些特殊领域被应用。20世纪60~70年代，美国、俄罗斯等国家就研究和开发了铅-碲系中温热电偶臂以及硅-锗系高温热电偶臂，并将其用作太空飞行器，微波无人中继站和地震仪等的特殊电源。1962年，

6、美国首次将热电发电机应用于卫星上，开创了研制长效远距离，无人维护的热电发电站的新纪元。此后，美国相继在其阿波罗月舱，先锋者、海盗、旅行者、伽利略和尤利西斯号宇宙飞船上使用以各种放射性同位素为热源的温差发电装置，取得了很好的效果。9.....................最新资料整理推荐.....................随着能源供应的日益紧张，利用低品位能源和废热进行发电对解决环境和能源问题的重要性日益显现。美国能源部，日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划。早在20世纪80年代初，美国就完成

7、了500~1000W军用温差发电机的研制。而后，日本开发出利用太阳能发电的光电-热电复合发电系统。而且建立了利用垃圾焚热余热发电的500W级示范系统。近年来，美国、德国、日本已开发了利用汽车尾气发电的小型温差发电机，我国科技部也将热电转换研究列入国家重点基础研究发展计划。热电发电在国内的应用还处于研发和起步阶段，而基础理论研究取得了较大进展，如何制造出高性能的热电发电器件，提高热电转化率是国内亟待解决的问题。自从1976年日本科学家H.Shirakawa和美国的两位科学家A.G.MacDiarmid和A.J.Heeger等人合作首

8、次人工合成导电聚合物后，引发了人们竞相研究和发现导电聚合物的巨大热情。为了褒奖这一重要发现，瑞典皇家科学院将2000年度的诺贝尔化学奖颁给了他们三个人。导电高聚物优异的物理化学性能使其在能源(太阳能电池，二次电池)、光电子器件、电磁屏蔽、隐身技术、