熱電材料研究進(jìn)展-駱軍-文庫(kù)吧資料
2025-03-28 07:39本頁(yè)面
【正文】 術(shù)能夠提高熱電性能。根據(jù)他們的計(jì)算，把 Bi2Te3合金制備成超晶格量子阱結(jié)構(gòu)時(shí)，熱電性能將大幅度提高，預(yù)測(cè)的熱電優(yōu)值高達(dá) 。 最后，由于量子約束和調(diào)制摻雜等效應(yīng)，提高了低維熱電材料載流子的遷移率，從而提高熱電優(yōu)值。 選擇材料 1. 帶隙尺寸 2. 費(fèi)米面附近能帶尺寸和寬度 3. 載流子有效質(zhì)量和遷移率 July152022 6. 熱電材料低維化 首先，熱電材料低維化提高了費(fèi)米能級(jí)附近的狀態(tài)密度，導(dǎo)致載流子有效質(zhì)量相應(yīng)增加，因而Seebeck系數(shù)增大。 k= ke+kL ke =L σ T 對(duì)于金屬和半導(dǎo)體 L= 式中 ke和 kL分別是電子熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率，其中晶格熱導(dǎo)率約占總熱導(dǎo)率的 90％，因此設(shè)法降低晶格熱導(dǎo)率是提高材料熱電性能的關(guān)鍵。 增大電導(dǎo)率 —— 提高載流子濃度，降低載流子有效質(zhì)量 m*，這與上述增大 Seebeck系數(shù)的要求正好相反。 熱電轉(zhuǎn)換效率 多晶硅太陽(yáng)電池 的能量轉(zhuǎn)換效率目前是15%左右，而最好的單晶硅太陽(yáng)能電池是23%。例如，當(dāng)通過(guò)提高載流子濃度和載流子遷移率來(lái)提高電導(dǎo)率時(shí)，不僅會(huì)增大載流子對(duì)熱傳導(dǎo)的貢獻(xiàn)，造成熱導(dǎo)率增大，而且往往會(huì)降低 Seebeck系數(shù)。 SiGe體系多用于 900 K以上高溫，但是這類(lèi)具有金剛石結(jié)構(gòu)的材料的晶格熱導(dǎo)率很高，因而熱電優(yōu)值很低，目前只是在衛(wèi)星和空間站的溫差發(fā)電系統(tǒng)比較常用。 July152022 熱電性能優(yōu)異的材料： ※ 大的 Seebeck系數(shù) ※ 大的電導(dǎo)率 ※ 小的熱導(dǎo)率 2. 如何衡量材料的熱電性能 效率高，則 ZT和 ΔT大， ΔT大意味著熱導(dǎo)率小 通常用無(wú)量綱熱電優(yōu)值 zT來(lái)衡量材料的熱電性能： July152022 III. 熱電材料研究現(xiàn)狀 July152022 1. 目前已發(fā)現(xiàn)的主要熱電材料體系 ☆ Bi2Te3/Sb2Te3體系 ☆ PbTe體系 ☆ SiGe體系 ☆ CoSb3為代表的方鈷礦型 (Skutterudite)熱電材料 ☆ Zn4Sb3 ☆ 金屬硅化物（如 βFeSi MnSi CrSi2等） ☆ NaCo2O4為代表的氧化物等 研究相對(duì)成熟 熱電性能好 溫度覆蓋范圍合適 Bi2Te3/Sb2Te3適用于低溫，在室溫附近熱電優(yōu)值達(dá)到 1（相應(yīng)的熱電轉(zhuǎn)換效率約為 7~8％），被公認(rèn)為是最好的熱電材料，目前大多數(shù)熱電制冷元件都是使用這類(lèi)材料。 July152022 (3) Thomson效應(yīng) 1854年， Thomson發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)單一導(dǎo)體，且該導(dǎo)體中存在溫度梯度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生可逆的熱效應(yīng)，稱(chēng)為 Thomson效應(yīng)。原則
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