热电材料的研究及其应用详解.ppt

四、热电材料的研究现状与发展  ☆ 二维超晶格 Nature 413 (2001) 597. Science 297 (2002) 2229. PbSeTe/PbTe超晶格结构 J. Am. Chem. Soc. 129 (2007) 6702. Appl. Phys. Lett. 83 (2003) 3186. 四、热电材料的研究现状与发展  ☆ 纳米复合材料 Sb2Te3纳米晶 Science 320 (2008) 634. Sb2Te3纳米晶 Science 320 (2008) 634. Sb2Te3纳米晶 Nano Lett. 8 (2008) 2580. Sb2Te3纳米晶 Nano Lett. 8 (2008) 2580. SiGe纳米晶 Nano Lett. 8 (2008) 2580. 四、热电材料的研究现状与发展 ☆一维纳米结构 PbS PbSe PbTe Adv. Mater. 19 (2007) 3047. 相比于大块材料，这些纳米线的热导率减小可达2到3个数量级 Nature 451 (2008) 168. Si纳米线 Nature 451 (2008) 163. Si纳米线 Sb2Te3纳米线 Adv. Mater. 18 (2006) 496. * １８２１年首先seebeck发现热电现象，１９９７日本 * L O G O 热电材料的研究及其应用 摘要 热电材料是一种将热能和电能直接相互转换的功能材料。p型高锰硅（SiMnx, x=1.73-1.75）基热电材料和n型Mg2Si基硅系热电材料是有望成为中温区（300~500℃）发电用的环境友好型热电材料。本课题选取本实验自制的高性能SiMnx基及Mg2Si基两种热电材料为基材，研制出热电发电器件模块，并系统研究硅系热电材料、电极材料及绝缘材料之间的界面状态及焊接方法对转换效率的影响，为高性能硅系热电发电器件的制备提供研究基础和依据 一、背景及研究意义 1.能源问题推动了热电材料的研究（能源短缺） 一、背景及研究意义 2.能源利用率过低（ 提高空间很大） 利用热电材料制作的器件可以很好地利用废弃能源，提高能源利用率。 二、热电材料介绍 热电材料定义 热电材料（也称温差电材料，thermoelectric materials）是一种利用固体内部载流子运动，实现热能和电能直接相互转换的功能材料。热电效应 热电效应是电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总称，包括Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。 二、热电材料介绍 Seebeck效应 1823年，德国人Seebeck首先发现当两种不同导体构成闭合回路时，如果两个接点的温度不同，则两接点间有电动势产生，且在回路中有电流通过，即温差电现象或Seebeck效应。 式中S为seebeck系数，它的大小和符号取决于两种材料的特性和两结点的温度。原则上讲，当载流子是电子时，冷端为负，S是负值；如果空穴是主要载流子类型，那么热端为负，S是正值。 二、热电材料介绍 Peltier效应 1834年，法国钟表匠Pletier发现了Seebeck效应的逆效应，即电流通过两个不同导体形成的接点时，接点处会发生放热或吸热现象，称为Peltier效应。 二、热电材料介绍 热电材料性能表征 热电材料性能，可用无量纲优值Z T来描述 S：Seebeck系数 λ：热导率 k σ：电导 率 α2 σ ：功率因子 P 二、热电材料介绍 增加σ 提高α 降低λ 晶体的结构 化学成分 能带结构 kλ=ke+kl ke：电子热导率，kl：晶格热导率 半导体中　ke?kl 形成固熔体结构，通过点阵缺陷提高声子散射几率 通过热电材料中晶体结构中的孔隙位置填入杂质原子 通过细化晶粒增加晶界散射降低热导率 低维化利用纳米量子点增加热传导声子散射 提高热电性能的途径 Slack提出电子晶体声子玻璃(PEGS)假设， 并计算了热电优值上限为ZT≈ 4  二、热电材料介绍热电材料的研究分类 处于研究中的热电材料： 合金体系 1.低温区材料（300～400℃）：Bi2Te3, Sb2Te3, HgTe等及它们的固溶体； 2.中温区材料（～700℃）：PbTe, Mg2Si， SbTe, Bi(SiSb2)，TAGS（Te-Al-G