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重磅新品—熱電材料上！新！

先豐納米 2023-10-31 | 閱讀：1095

熱電轉換材料是利用材料內部載流子與聲子的輸運來實現熱能與電能之間直接相互轉換的一類新型能源材料，在溫差發電和半導體制冷兩方面有著重要應用。1821年發現的塞貝克效應（Seebeck effect）、1834年發現的珀爾帖效應（Peltier effect）和1855年發現的湯姆孫效應(Thomson effect)共同構成了熱電轉換物理效應的完整體系，并對熱電材料的發展起到了極大的推動作用。

熱電材料優勢

溫差發電是利用熱電材料的Seebeck效應, 將熱能直接轉化為電能, 不需要機械運動部件, 也不發生化學反應。熱電制冷是利用Peltier效應, 當電流流過熱電材料時, 將熱能從低溫端排向高溫端, 不需要壓縮機, 也無需氟利昂等致冷劑。

依據熱電效應設計、合成熱電材料并制備得到的熱電器件具有無振動, 無噪音, 無磨損, 無泄漏, 體積小, 重量輕, 安全可靠壽命長等優點，不僅有望有效解決能源的浪費問題，在熱電發電機、熱電制冷器、溫度傳感等方面也具有十分重要的應用前景。

我們生活中最常見的冰水飲水機、便攜式冷藏箱、小型冷藏酒柜等等，都是用碲化鉍（Bi2Te3）這種半導體熱電材料制造的。

熱電材料分類

依據不同的工作溫度，熱電材料可分為低溫體系、中溫體系和高溫體系三類。

低溫材料體系為碲化鉍（Bi2Te3）及其合金，最佳工作溫度在 300℃以下，被廣泛用于熱電制冷領域；中溫材料體系為碲化鉛（PbTe）、填充方鈷礦、half-Heusler等化合物，工作溫度區間為300-700℃，在汽車尾氣和工業余廢熱回收方面具有潛在應用前景；高溫材料體系主要為硅鍺合金，最高工作溫度區間可達700℃以上，應用于深空探測衛星的同位素熱電發電器等。

熱電材料研究進展

近年來隨著“電子晶體-聲子玻璃”、能帶工程、納米工程、類液態效應等一系列新概念和新思想的提出，涌現出了一大批新型的高性能熱電材料，包括Zintl相材料、籠合物、氧化物、Cu 基化合物、SnSe等，極大地豐富了熱電材料的研究。

如2023年5月26日，Science上發文報道研究人員發現了具有潛在發電和珀爾帖冷卻性能的硒化錫（SnSe）晶體，在300開爾文時，無量綱優值（ZT）約為1.5，在300至773開爾文時平均ZT約為2.2。

2022年8月18日，Science報道了一系列基于AgCu(Se,S,Te)偽三元固溶體中成分-性能相圖的高性能p型延展性熱電材料，與其他柔性熱電材料相比，其優值很高（300開爾文時為0.45，340開爾文為0.68）。

總體來看，目前已報道的新型熱電材料的性能ZT值已達到1.5以上，實驗室制備的個別材料甚至已超過2.0。這些新研制的高熱電優值材料能夠更有效地完成熱能到電能的轉化，也展現出了熱電材料在節能減排領域的巨大應用潛力。

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