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申请书多组元含稀土金属碲化物的设计与热电性能优化项目研究意义--第1页

ZJNSF浙江省自然科学基金申请书2004版

申请书正文

多组元含稀土金属碲化物的设计与热电性能优化

1、项目研究意义

热电材料是一种通过载流子（电子或孔穴）的运动实现电能和热能直接相互转换的新型功能材

料。由热电材料制作的发电和制冷装置具有体积小、无污染、无噪音、无磨损、可靠性好、寿命长

等突出优点，具有其它能量转换装置无法替代的潜在功能。由热电材料制作的发电器件可应用于深

层空间作业的宇宙飞船、在地球难以到达地区日益增加的资源考察与探索活动和开发一类需要能够

自身供能且无需照看的电源系统等特殊领域，并有逐渐向民用领域扩展的趋势。在热电制冷领域中，

其中潜在的应用有：家用冰箱、冷柜、超导电子器件冷却等。



热电材料的性能由无量纲优值ZT=T2/描述，其中是Seebeck系数、是电导率、是热

导率、T是绝对温度。热电材料的ZT值直接决定热电装置的能量转换效率，是目前制约热电制冷/

发电装置广泛应用的关键技术因素。近年来，由于一些新材料的发现，材料先进制备技术的应用，

以及人们对环境保护等问题的日益重视，热电材料研究已重新成为新材料研究的热点之一。自1999

年以来，国际权威杂志《Science》、《Nature》上已发表多篇研究论文、综述报告和评论文章(1,2,3,4)，

热电材料及其应用研究正酝酿重大突破。

但尽管对热电材料及其器件的研究已有100多年的历史，却离实用目标尚有差距。到目前为止，

已被小范围应用的热电制冷材料主要是50年代开发的Bi-Te系列合金，而这些材料的性能还一直徘

徊在ZT=1左右（5，6）。近年来，随着计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术的发展，小

型、静态且能固定安装在长寿命的发电和制冷装置已越来越受重视，因此对热电材料的研究再度升

温。

因此能否开发出高性能新型热电材料已经成为高效热电转换器件能否实现产业化的实质点。

热电材料及其器件在我省的应用潜力巨大。目前温差发电已形成了一个新的行业，新产品不断出

现，整个行业处在上升阶段，发展前景十分广阔。从热电制冷方面，电子制冷器、便携式冷暖箱、

柔巾机等电子产品相继问世。采用温差电制冷技术的生物培养箱是在宇宙飞船上搭载生物试验的重

要装置，可使箱内温度保持在1820oC，以保障试验生物的生存条件。发展潜力更大的是，半导体

制冷CPU散热器可将彻底消除CPU工作时的温度过高现象。但不可否认的事实是，我省在这一领

域的研究水平与国外发达国家相比仍然处于劣势，对热电材料的基础研究起步也较晚。因此进一步

开展热电材料及其应用研究，对于促进我省电力多元化、加快我省半导体学科、新能源学科的发展

以及相关科学技术的进步具有重要意义。

从经济发展角度，热电材料及其相关器件在我省具有巨大的产业化前景。我省目前已有多家企

业应用热电材料。如：浙江星星冰箱有限公司自1997年以来在我国率先生产50升半导体制冷冰箱，

前年年产量已达50万台；杭州大和热磁电子有限公司已规模生产制冷用热电器件；宁波余通电器有

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ZJNSF浙江省自然科学基金申请书2004版

限公司采用温差电制冷材料研制和生产各种型号电子冷胆、汽车冰箱等电器产品，制冷功率可达

70W，这些产品已在民用领域得到应用，促进了我国的经济发展。但目前许多企业所使用的热电材

料都是五六十年代开发的传统的Bi-Te系列合金，热电转换