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热电（温差电）材料及其必威体育精装版研究进展 徐桂英 北京科技大学无机非金属材料系 主要内容 1. 特点 2. 应用 3. 热电（温差电）材料发展简史 4. 存在的问题 5. 基本原理 6. 基本理论 7. 研究的方向 8. 研究方法 9. 本研究组的研究方向 三、半导体材料基本原理 半导体已成为家喻户晓的名词，收音机是半导体的、电视机是半导体的、计算器及计算机也是半导体的。那么哪些是半导体材料？它有哪些特征？ 2. 半导体材料的类别 3. 基本原理 四、 指导热电材料研究的基本理论 温差优值系数 Seebeck系数 电导率 热导率 各参数随载流子浓度变化规律 量子温差电半导体理论 电子晶体声子玻璃概念 温差电材料的梯度设计 金属则一般有负的温度系数。 本征半导体的电导率具有大而变动的正温度系数。 有些掺杂半导体在较低温度具有大而变动的正温度系数，但在高温成为本征半导体，在中间温度范围内它们才接近所要求的恒定性。 图6.2给出不同材料的电导率随温度的变化规律。 大多数半导体所显示的热导率在1—10W/m·K的范围内，而金属的热导率约高一个数量级。 图6.3给出不同材料的电导率随温度的变化规律。 6. 量子温差电半导体理论 7. 电子晶体声子玻璃概念 是指研究或设计一种热电材料使之同时具有晶体材料所具有的电导率同时又具有玻璃一样的热导率。 其目的是提高电导率，降低热导率。 其直接结果是研究具有晶格空位的—层状结构和各类大空位晶体结构的材料体系 8. 温差电材料的梯度设计 热电材料Z值的变化特性如下： 不同的材料种类、分子组成、或相同分子组成但晶体结构或显微结构不同的材料具有不同的Z值； 相同分子组成的半导体材料的Z值随杂质的种类和数量的不同而发生变化； 目前已发现的热电半导体材料的Z值皆随温度呈指数曲线规律变化。也就是说其Z值都只在一很窄的温度区间有较大值，在某一温度有极大值。因此研究开发在较宽的温度范围内具有高热电转换效率的功能梯度热电材料成为当今热电材料与器件研究的不可或缺的主要方向。 9. 温差电半导体材料的研究方向 电子晶体声子玻璃概念--具有晶格空位的—层状结构和各类大空位晶体结构的材料体系，如层状结构氧化物热电材料，具有大空位的方钴矿结构，和各类笼状结构热电材料。 具有量子结构—如量子点、量子线和超晶格结构的材料。 梯度结构材料，如成分梯度PbTe、二元Bi2Te3-PbTe系列组成梯度热电材料。 纳米复合热电材料—如纳米复合PbAgSbTe系列热电材料。 环保、低成本、高性能热电材料，如Mg2Si，Fe-Si、Mn-Fe-Si等。 各种可能的新材料、如各类硫化物，和新工艺，如SPS快速烧结等的开发。 六、 研究方法—分析测试技术 物理性能测试，包括： 热电性能测试—电导率，Seebeck系数测定； 霍尔系数（载流子浓度）测试，等。 采用XRD分析技术进行物相组成分析，晶粒度大小测定等。 采用扫描电子显微镜进行显微结构，和微区成分分析。 七、典型传统热电材料体系。 低温Bi2Te3 系列（Bi-Sb-Te-Se系列)； 中温碲化物系列（PbTe, TAGS系列)； 高温SiGe系列热电材料。 八、典型新型热电材料体系 中温方钴矿系列（RexFeyNizCo1-x-y-zSb3系列)； 中温AgSbTe2系列 中温ZnSb系列 中温Mg2Si系列 高温FeSi2系列 高温MnSi2系列 高温SiC系列 高温Zintle系列 纳米超晶格结构（薄膜）、量子线、量子点结构材料 纳米复合结构 十、本组的研究方向 Bi2Te3 系列（Bi-Sb-Te-Se系列)。 PbTe,TAGS系列。 CoSb3系列。 Si x Ge1-x系列。 Zintle ( R14TSb11,其中：R-稀土元素，T-过渡金属元素）。 纳米多孔热电材料，主要包括：纳米多孔硅和纳米多孔硅锗。 热电材料物理理论。 高效温差发电器。 1. 低温Bi2Te3 系列(（Bi1-xSbx)2(Te1-ySey)3系列)； （1）温差发电 汽车发动机和排气管道余热废热利用： （2）热电致冷 热电发电之RTG 2 中温碲化物系列:PbTe和 TAGS((AgSbTe2)1-xGeTex)系列； 3 高温SiGe系列热电材料。 九、研究前沿 高性能传统热电材料研究； 具有低维结构（如量子点、线、阱）的热电材料。 纳米复合热电材料的研究。 具有声子玻璃电子晶体特性的热电材料研究，其中包括： 笼状结构热电材料； 具有大空位晶体结构热电材料，如方钴矿系列； Zintl系列热电材料。 纳米多孔系列热电材料。 其它新型热电材料。 热电材料的新理论 高性能温差电器件的研究和开发。 3.2 能带结构 我们首先看看单个原子的情况。 大家都知道原子是由原