电热材料和热电材料的研究现状与发展（Ⅰ）

时间：2017-06-13

磐岩（）的小编今天带来的是电热材料和热电材料的研究现状与发展。
一、热电材料的研究现状与发展
1、传统热电材料的研究现状
从实用的角度来看，只有那些无量纲优值接近1的材料才被视为热电材料。目前已被广泛应用的主要有3种：适用于普冷温区制冷的BiZTea类材料，适用于中温区温差发电的PbTe类材料，适用于高温区温差发电的SiGe合金。

 

1.1 Bi-Te系列
BiZTea化学稳定性较好，是目前ZT值较高的半导体热电体材料。一般而言，Pb，Cd，Sn等杂质的掺杂可形成P型材料，而过剩的Te或掺人I，Br，Al，Se，Li等元素以及卤化物掩I，CuI，CuBr，BiI3，SbI3则使材料成为n型。在室温下，P型BiZTea晶体的Seebeck系数较大值约为260PV／K，n型BiZTea晶体的a值随电导率的增加而降低，并达到较小值－270t，V／K161，BI2Te。材料具有多能谷结构，通常情况下，其能带形状随温度变化很小，但当载流子浓度很高时，等能面的形状将随载流子的浓度而发生变化。室温下它的禁带宽度为0.13eV，并随温度的升高而减少。
1.2 P1rTe系列
PbTe的化学键属于金属键类型，具有NaCl型晶体结构，属面心立方点阵，其熔点较高（1095K），禁带宽度较大（约0．3eV），是化学稳定性较好的大分子量化合物。通常被用作300－900K范围内的温差发电材料，其SeeBeck系数的较大值处于600－800K范围内。PbTe材料的热电优值的较大值随掺杂浓度的增高向高温区偏移。PbTe的固溶体合金，如PbTe和PbSe形成的固溶体合金使热电性能有很大提高，这可能是由于合金中的晶格存在短程无序，增加了短波声子的散射，使晶格热导率明显下降，故使其低温区的优值增加。但在高温区，其ZT值没有得到很好的提高，这是由于形成PbTe－PbSe合金后，材料的禁带明显变窄，导致少数载流子的影响增加，结果没能引起高温区ZT值的提高。

 

1.3 Si－Ge系列
SiGe合金的a值在Sio．ISGeo．aS达到较大值，其原因是在该组分处合金系统中的状态密度和有效质量达到较大值。但实际常用Si含量高的合金来得到较高的优值，Si含量高有以下好处：降低了晶格热导率；增加了掺杂原子的固溶度；使SiGe合金有较大的禁带宽度和较高的熔点，适合于高温下工作；比重小，抗氧化性好，适应于空间应用；同时降低了造价。SiGe合金是目前较为成熟的一种高温热电材料，适用于制造由放射线同位素供热的温差发电器，并已得到实际应用，1977年旅行者号太空探测器**采用SiGe合金作为温差发电材料，在此后美国NASA的空间计划中，SiGe差不多完全取代PbTe材料。

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