硅锗热电材料的研究现状

󰃖综合评述󰃖

热电材料的研究进展Ξ

沈　强　涂　溶　张联盟

(武汉工业大学材料复合新技术国家实验室430070)

摘　要:本文简要介绍了热电效应的应用状况和热电材料的基本特性,重点评述了热电烧结材料、高ZT值热电材料以及具有梯度结构的热电材料的研究进展。关键词:热电效应,热电材料,品质因子,烧结材料,梯度结构

11引　言

热电效应(又称:温差电效应)从宏观上看是

电能与热能之间的转换,因此从它被发现以来,人

们就不断探求和开发其可能的工业用途。热电偶

是其中最为成功的例子,它用于测量温度和辐射

能已有一个多世纪的历史。由于金属的热电效应

相当微弱,热电偶只是在开路条件下直接探测电

压,而不是作为能量转换装置。直到50年代末期,半导体材料获得飞速发展以后,人们发现半导体

材料具有很好的热电性能,颇具实用价值,此后对

热电转换的研究取得了系列进展。目前,热电发电

和热电制冷以它们独特的技术优势,已在许多领

域得到了实际应用。

21热电效应的应用状况热电效应是由电流引起的可逆热效应和温

差引起的电效应的总称,它包括相互关联的三

个效应:Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应[1]。

1821年,T.J.Seebeck发现,由两种不同导体a,b构成的闭合回路的两端接点的温度不同

时,回路中就产生电流,这种现象称为Seebeck效应。开路条件下的电动势称为温差电动势,亦

称为Seebeck电动势:dV=ΑabdTΑab为Seebeck系数,在冷端接点处,若电流由a流向b,则Αab为正,反之为负。其大小取决

于接点温度及组成材料。

Peltier效应是C.A.Peltier在1834年发现,并以他的名字命名的。当两种不同导体组成

回路的接点有微小电流流过时,一个接点会放

热,另一个接点则吸热。而改变电流的方向,放

热和吸热的接点也随之改变。在时间dt内,产

生的热量与流经的电流成正比:

dQp=ΠabIabdtΠab为Peltier系数,当电流由a流向b,Iab取

半导体的热电效应及热电材料研究与应用

摘 要：据半导体热电效应以及制冷原理进行了分析，并分析了提高半导体热电材料热电优值的方法介绍了当今国内外半导体热电材料研究和热电材料制冷方面的应用。

关键词：热电效应；半导体热电材料；塞贝克系数；电导率；热导率；热电优值，半导体制冷；

正文:

一． 热电效应

把热能转换为电能的所谓热电效应的发现已有一个半世纪的历史，这是与温度梯度的存在有关的现象，其中最重要的是温差电现象。但是，由于金属的温差电动势很小，只是在用作测量温度的温差电偶方面得到了应用。半导体出现后，发现它能得到比金属大得多的温差电动势，在热能与电能的转换上，可以有较高的效率，因此，在温差发电、温差致冷方面获得了发展。由于温度梯度及电流同时存在时引起的一些现象——主要是塞贝克效应、珀尔帖效应和汤姆逊效应。

（1） 塞贝克效应

塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于金属的电子逸出功和有效电子密度这两个基本因素。半导体的温差电动势较大，可用作温差发电器。

产生Seebeck效应的主要原因是热端的载流子往冷端扩散的结果。例如p型半导体，由于其热端空穴的浓度较高，则空穴便从高温端向低温端扩散；在开路情况下，就在p型半导体的两端形成空间电荷（热端有负电荷，冷端有正电荷），同时在半导体内部出现电场；当扩散作用与电场的漂移作用相互抵消时，即达到稳定状态，在半导体的两端就出现了由于温度梯度所引起的电动势——温差电动势。自然，p型半导体的温差电动势的方向是从低温端指向高温端（Seebeck系数为负），相反，n型半导体的温差电动势的方向是高温端指向低温端（Seebeck系数为正），因此利用温差电动势的方向即可判断半导体的导电类型。可见，在有温度差的半导体中，即存在电场，因此这时半导体的能带是倾斜的，并且其中的Fermi能级也是倾斜的；两端Fermi能级的差就等于温差电动势。

・２３０・　材料导报　２００８年１２月第２２卷专辑Ⅻ　

Ｂｉ２Ｔｅ３基热电薄膜材料的制备方法研究　

段兴凯　，于福义　，江跃珍　，胡孔刚　，杨君友。　

（１九江学院机械与材料工程学院，九江３３２００５；２华中科技大学材料成型及模具技术国家重点实验室，武汉４３０Ｏ７４）　

摘要　Ｂｉ２Ｔ勖基热电材料由于在微电子、光电子等高技术领域具有潜在的应用前景，从而得到了人们的广泛　关注。低维Ｂｉ２Ｔｅ３基热电材料由于具有特殊的量子限制效应，已成为提高热电性能的有效途径。近年来，研究者非　

常重视Ｂｉ２Ｔ　基热电薄膜的制备及性能研究，并做了大量相关的研究工作，许多制备方法也相继出现，并获得了高质　

量的ＢｉｚＴｅｓ基热电薄膜。　

关键词　ＢｊｚＴｅ。热电薄膜热电性能制备方法　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　Ｂｉ２　Ｔｅ３一ｂａｓｅｄ　Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍｓ　

ＤＵＡＮ　Ｘｉｎｇｋａｉ　，ＹＵ　Ｆｕｙｉ　，ＪＩＡＮＧ　Ｙｕｅｚｈｅｎ　，ＨＵ　Ｋｏｎｇｇａｎｇ　，ＹＡＮＧ　Ｊｕｎｙｏｕ　

（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ　３３２００５；２　Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｉｅ＆Ｍｏｕｌｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４）　

Ａｂｓｔ￣ｃｔ　Ｂｉ２　Ｔｅａ—ｂａｓｅｄ　ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｈａｖｅ　ａｔｔｒａｃｔｅｄ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅｉｒ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｐ—　

ｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｈｉｇｈ－ｔｅｃｈ　ｆｉｅｌｄｓ．Ｌｏｗ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｂｉ２　Ｔｅａ—ｂａｓｅｄ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｗｈｉｃｈ　

实用标准文案

精彩文档 热电材料研究进展

热电材料研究进展

颜艳明1，应鹏展1，2,张晓军1，崔鑫3

（1中国矿业大学材料科学与工程学院，江苏徐州，221116 2中国矿业大学应用技术学院，江苏徐州，221008 3河南永煤集团城郊煤矿，河南永城，476600，）

摘 要：本文介绍了热电材料的种类及各种热电材料的ZT值，提高热电材料热电性能的方法及热电材料在温差发电和制冷方面的应用，并对其发展前景进行了展望。

关键词：热电材料；热导率；载流子

Progress of thermoelectric materials

Yanyanming1,Yingpengzhan1,2，zhangxiaojun1,cuixin3

(1:Shool of Materials, CUMT,Xuzhou , Jiangsu, 221116 2: School of applied

Technology,CUMT,xuzhou,Jiangsu,221116 3: Yong suburban coal mine in

Henan Coal Group,yongcheng,Henan,476600)

实用标准文案

精彩文档 Abstract: This paper is described the types of thermoelectric materials and

every thermoelectric materials’ ZT value,the way to improve the thermoelectric

materials’ performance of thermal power and the application of thermoelectric

materials’ on thermal power generation and refrigeration, also give its future