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热电材料的研究现状及发展趋势

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  摘要 热电材料能够直接将电能和热能进行互相转化。由它制成的温差发电器不需要使用任何传动部件,工作时无噪音、无排弃物;和太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样,对环境没有污染,是一种性能优越,具有广泛应用前景的环境友好型材料。本文系统阐述了传统热电材料和新型热电材料的研究现状,介绍了各系列热电材料的热电性能及适用范围等,指明了其今后的发展方向。
中国论文网 http://www.egsf.org/7/view-8596482.htm
  关键词 热电材料,温差发电,温差发电机,Seebeck系数,掺杂
  
  1引 言
  
  在以原油价格暴涨为标志的“能源?;敝?世界上又相继出现以臭氧层破坏和温室气体效应为首的“地球?;焙汀叭虮渑;?。各国科学家都在致力于寻求高效、无污染的新的能量转化利用方式, 以达到合理有效利用工农业余热及废热、汽车废气、地热、太阳能以及海洋温差等能量的目的[1~3]。于是,从上个世纪九十年代以来,能源转换材料(热电材料)的研究成为材料科学的一个研究热点。
  热电材料又叫温差电材料,具有交叉耦合的热电输送性质;是一类具有热效应和电效应相互转换作用的新型功能材料,利用热电材料这种性质,可将热能与电能进行直接相互转化[4~6]。用不同组成的N型和P型半导体,通过电气连接可组成温差发电器件和半导体制冷装置。与传统发电机和制冷设备相比,半导体温差发电器和制冷器具有结构简单、不需要使用传动部件、工作时无噪音、无排弃物,和太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样,对环境没有污染,并且这种材料性能可靠,使用寿命长,是一种具有广泛应用前景的环境友好材料[7~10]。
  
  2热电材料的理论基础
  
  19世纪德国科学家Thomas Seebeck观察到,当两种不同的金属构成一闭合回路,若在两接合点存在有温度差时,则回路中将产生电流,此种效应被命名为Seebeck Effect,这也成为了温差发电技术的基础。
  2.1 热电材料的三个效应
  
  热电材料的研究是一个古老的话题,早在1822~1823年,塞贝克(Seebeck)就曾在《普鲁士科学院报》中描述了一个当时他这样断定的现象:在彼此接合的不同导体中,由于温度差的影响,就会出现自由磁子。Seebeck发现的温差电流,是在不同导体组成的闭合电路中当接触处具有不同的温度时产生的,在两种不同金属的连线上,若将连线的一结点置于高温状态T2(热端),而另一端处于开路且处于低温状态T1(冷端),则在冷端存在开路电压ΔV,此种现象被称为塞贝克(Seebeck)效应,Seebeck电压ΔV与热冷两端的温度差ΔT成正比,即:
  ΔV=kΔT=k(T2-T1)
  其中k是塞贝克系数,由材料本身的电子能带结构决定。
  塞贝克效应发现后的十二年,即1834年左右,钟表匠珀耳帖(Peltier)在法国《物理学和化学年鉴》上发表了他在两种不同导体的边界附近(当有电流流过时)所观察到的温差反常的论文。这两个现象表明了热可以致电,而反过来电也能转变成热或者用来制冷,这两个现象分别被被命名为Seebeck效应和Peltier效应[11]。其中帕耳贴(Peltier)效应描述为:电流通过不同金属接触处时出现的升温或降温现象,通常被认为是塞贝克(Seebeck)效应的逆效应。
  继Peltier效应之后,热力学创始人之一汤姆逊(Thomson)于1854年以各种能量的热力学分析为出发点,对温差电现象和珀耳帖现象进行了热力学分析,不仅确定了上述过程间的关系,建立了热电现象的理论基础?;狗⑾至颂滥费?Thomson)效应,其描述为:电流通过金属上的温度梯度场时出现的吸热和放热现象[12]。就其主要方面来说,也是一种电流的热效应。
  2.2 衡量热电性能的优越指标
  
  1911年,德国的阿持克希提出了一个令人满意的温差热电制冷和发电的理论,并提出了热电优值公式[2]:
   Z=S2σ/k
  式中:
  S――材料的塞贝克系数
  σ――电导率
  k――热导率
  而这三个参数不是相互独立的,它们都取决于材料的电子结构以及载流子的输运和散射情况[13~14]。由于每种热电材料都有各自适宜的工作温度范围,因此人们常用Z与温度T之积ZT这一无量纲值来描述材料的热电性能。
  温差热电现象发现之后,并未引起人们的兴趣,直到本世纪30年代,随着固体物理学的发展,尤其是半导体物理的发展,发现半导体材料的Seebeck系数可高于100μv/K,这才引起人们对温差电现象的再度重视。1949年,前苏联约飞[11](Ioffe)院士提出了半导体温差电的理论,同时在实际应用方面做了很多工作,到50年代末期,约飞及其同事从理论和实验上通过利用半导体固溶体,使k/σ减小,并发现了温差电性能优值较高的制冷和发电材料,如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶体,迄今为止,这些仍然是最重要的温差电材料。
  
  3热电材料国内外的研究现状及发展情况
  
  上世纪50~60年代,人们在热能和电能相互转化,特别是在电制冷方面的迫切要求,使得热电材料得到迅速发展。70年代以来,由于氟里昂制冷技术的发展,使得热电制冷和热电材料的研究受到冷落,并几乎陷入了停顿状态。90年代以来,由于氟里昂对环境的破坏作用已被人们普遍认识,制造无污染、无噪声的制冷剂成了制冷技术追求的目标。同时,随着计算机技术、航天技术和超导技术及微电子技术的发展,迫切需要小型、静态制冷且能固定安装的长寿命的制冷装置,因此,适用于制造这种装置的热电材料又重新引起人们的浓厚兴趣。热电材料研究重新成为国际材料研究领域的最热点的课题之一,并且取得了重要进展,美国、日本及欧洲等国家都投入大量的资金和人力开展基础与应用研究。
  
  尤其是近几年,国际上关于热电材料的研究更是非?;鹑?。美国倾向于军事、航天和高科技领域的应用,日本在废热利用方面居于世界领先地位,欧盟则着重于在小功率电源、传感器和运用纳米技术方面进行产品开发。
  3.1 传统热电材料的研究现状
  从上个世纪开始,科学工作者就开始着力于传统热电材料的研究,传统热电材料根据其工作温度可以分为三个系列:(1)低温型热电材料:碲化铋及其合金,一般在300℃以下使用;(2)中温型热电材料:碲化铅及其合金,一般在500~700℃使用;(3)高温型热电材料:锗硅合金,使用温度高达1000℃以上[15~16]。
 ?。?) Bi-Te系列
  
  Bi2Te3基热电材料是室温下性能最好的热电材料,它化学稳定性较好,是目前ZT值最高的半导体热电体材料,也是研究最早最成熟的热电材料之一[14]。Bi2Te3基热电材料具有较大的Seebeck系数和较低的热导率,在室温下Bi2Te3基合金的ZT值可达到1左右[17]。P型Bi2Te3基热电材料Seebeck系数最高可达260μV/K, N型Bi2Te3基热电材料Seebeck系数最低可达-270μV/K。一般而言,Sb、Pb、Ca、Sn等杂质对Bi2Te3进行掺杂可形成P型材料,而过剩的Te或掺入I、Br、Al、Se、Li等元素以及卤化物AgI、CuI、CuBr、BiI3、SbI3则使材料成为N型[15]。
  Bi2Te3是一种天然的层状结构材料,为三角晶系,其空间群为R-3M(NO:166),晶胞参数为:a=0.1395nm,b= 3.0440nm,其结构如图1所示,Bi2Te3化合物为六面层状结构,单位晶胞内原子数为15,在单胞c轴方向,Bi和Te的原子层按-Te1-Bi-Te2-Bi-Te1-方式交替循环排列,在-Te1-Bi-Te2-Bi-Te1-原子层内部的成键方式为共价键[18~20];层间一般认为Te1-Bi以共价键为主的共价键和离子键的混合键,Bi-Te2之间为共价键,而Te1-Te2之间则以范德华力结合[21~22]。
 ?。?) Pb-Te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系数的最大值处于600~800K范围内。PbTe材料的热电优值的极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的提高,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[15]。在热电器件发展中,如何将材料特性提升是很重要的问题。传统热电材料的特性ZT 值等于1 左右的限制一直无法突破,而使得器件的应用受到限制。
  目前该热电材料的研究可分为??楸∧ひ约胺蔷瓤椴牧酱罄?。图2为两种代表性的材料,一种是与纳米结构相关的超晶格superlattice材料的开发,目前PbTe这方面研究较多,此种材料以分子束MBE(Molecular Beam Epitaxy)方式制造,另一种则称为Clathrate,是利用自然的方式,使20或24个立方体原子自组成一团多分子的块材材料。
 ?。?) Si-Ge系列
  SiGe 合金是目前较为成熟的一种高温热电材料,适用于700K以上的高温。在1000 K时Z T 值接近1,SiGe合金单晶的ZT值也可以达到0.65,是很有潜力的热电材料。SiGe是由Si和Ge两种单质复合而成。材料单质Si和单质Ge的功率因子α2σ都比较大,但是其热导率也比较高,因此都不是好的热电材料。当Si、Ge形成合金后热导率会有很大的下降,而且这种下降明显大于载流子迁移率变化带来的影响,从而使得热电优值Z =α2σ/k有较大的提高,可以作为实用的热电材料。在选择SiGe合金中Si和Ge的比例时,考虑到提高Si含量可以得到下面三个方面的有利影响:(1)降低了材料的热导率,且合金具有较大的Seebeck 系数;(2)增加了掺杂原子的固溶度,进而获得高的载流子浓度;(3)提高了SiGe合金的禁带宽度和熔点,使其更适合高温下的工作。同时比重小,抗氧化性好,适应于空间应用。当SiGe合金的Seebeck系数α值在Si0.15Ge0.85时达到极大值(如图3),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极大值。就热导率而言,在合金组分为60%Si和40%Ge附近达到最小值,且极小值随掺杂原子种类和载流子浓度而变化[23]。
  1977 年旅行者号太空探测器首次采用SiGe 合金作为温差发电材料,此后在美国NASA 的空间计划中,SiGe差不多完全取代PbTe材料。
  3.2 新型热电材料的研究进展
  随着当今科学的飞速进步和新材料合成技术的发展、各种测试手段的不断提高以及计算机在材料研究中的广泛应用,使得目前热电材料的研究日新月异,除了对传统热电材料进行进一步研究改善外,大量的新型热电材料层出不穷。
 ?。?) 金属氧化物热电材料
  由于传统的热电材料制备困难,成本高;性能上存在着易氧化、强度低等缺点??蒲Ъ乙恢痹谘扒罂梢员芸橙鹊绮牧系恼庑┤钡?,而且制备方便的新型热电材料。
  日本的Terasaki等人于1997年首次发现NaCo2O4单晶在室温下不仅具有较高的热电动势率100μv/k,而且还具有低的电阻率200mΩ/cm和低的热导率[24],引起了科学界的重视。人们开始对3d过渡金属氧化物的热电性能进行研究,以钴基为代表的氧化物热电材料大多数无毒、无污染、制备简单、不需要真空?;ぞ涂梢栽诳掌兄票?,适用于中高温区工作,可以在氧化气氛高温下长时间工作,这些优点使它们很快成为热电材料中的研究热点,掀起了过渡金属氧化物热电材料的研究热潮。
  目前,钴酸盐类氧化物中的NaCo2O4、Ca3Co4O9、Ca3CO2O6处于氧化物热电材料的研究前沿。Terasaki教授发现NaCo2O4具有反常的热电性能,其传导特性如高的热电系数,与温度相关的赫尔系数,负磁致电阻以及反常的Na位置置换效应都不能用传统的单电子理论描述。NaCo2O4复合氧化物由Na0.5层和CoO2层交替排列成层状结构(见图4-a)[25]:其中CoO2主要起导电作用,而具有一半原子空位的Na0.5层呈无序排列,对声子起到很好的散射作用。实际上这也是一种新的声子玻璃-电子晶体。由能带理论计算可知,材料中的载流子浓度在1019cm-3左右时对应的热电性能最佳,而NaCo2O4中载流子浓度在1021~1022cm-3量级,高于常规热电材料浓度两到三个数量级,同时它又有很高的Seebeck系数。但是NaCo2O4氧化物在空气中容易潮解,而且温度高于800℃时Na离子还容易挥发,因此它的使用受到了一定限制。
  Masset等人的研究结果表明[26],Ca3Co4O9的结构与NaCo2O4相似,也是一种层状结构。它是由具有岩盐结构的Ca2CoO2.34和CoO2交替排列而成(见图4-b)。其中CoO2和Ca2CoO2.34在a轴和c轴方向有相同的晶格常数,而在b轴方向两种亚结构均存在点阵错配。
  Royoji Funmhashi等人[27]认为Ca2Co2O5与Ca3Co4O9 结构一致,而且Ca2Co2O5在T>873K时,达到1.2~2.7 的优值。尽管其计算方法值得推敲,但是,这个结果仍然值得重视。类似的报道还有Siwen Li等人关于Ca9Co12O28的研究,这种材料的陶瓷试样的Seebeck系数为84uV/K,而且其ZT值已经接近当前商用的热电材料。
  此外,Terasaki等还发现Bi2Sr2Co2Oy(见图4-c)等其它氧化物材料具有好的热电性能。
 ?。?) Skutterudite热电材料
  Skutterudite具有类似于CoAs3矿物的晶体结构,中文名为方钴矿材料,由于首先在挪威的Skutterudite发现而得名[28],这是一类通式为AB3的化合物,其中A是金属元素,如Ir,Co,Rh,Fe等;而B是V族元素,如P,As,Sb等,Skutterudite化合物是立方晶系晶体结构,具有比较复杂的结构,如图5所示。一个单位晶胞包含了8个AB3分子,共32个原子,每个晶胞内还有两个较大的空隙。它实际是为了克服早期金属合金材料的缺点而进行的进一步的研究, 最初的研究集中在等结的IrSb3、RhSb3和CoSb3等二元合金,其中CoSb3的热电性能相比较而言最好,尽管二元合金有良好的电性能,但其热电数据受到热导率的限制。为了降低二元合金的热导率,人们提出了几点建议:第一,在同等结构的化合物中形成固溶体,通过增加点阵缺陷来降低二元合金的热导率;第二,将稀土元素镧、铈等加入到Skutterudite材料中形成所谓的填充式Skutterudite材料来降低晶格热导率,这种填充式Skutterudite材料的晶体结构的单位晶胞中有34个原子,其通式为RM4X12。此处X为磷、砷或锑;M是铁、钌、锇;而R为镧、铈、镨、?e等稀土元素,稀土元素R起到降低热导的作用。尽管室温下的填充式Skutterudite材料的热导率已经较低,但与理论计算相比仍高3~4倍,因而有待更进一步的研究以获得最佳的性能优值[29~31]。
   (3) 金属硅化物型热电材料
  金属硅化物是指元素周期表中过渡元素与硅形成的化合物,如FeSi2,MnSi2,CrSi2等。由于这类材料的熔点很高,因此很适合于温差发电应用。目前金属硅化物研究较多的是具有半导体特征的β-FeSi3,它是一种非常有前途的热电材料。其原料丰富,在高温下(500~900℃)具有良好的热电性能,抗氧化性好,而且通过不同元素的掺杂可以制得P型或N型半导体。但由于传统的FeSi3无量纲优值ZT较低,人们也在寻求新的硅化物取代它,其中一种较有前景的是高硅化物HMS,这实际上是一种由四个相,即Mn11Si19、Mn15Si24、MN26Si45和MN27Si47组成的非均匀硅化锰材料[29]。高硅化物的温差热电优值具有各向异性的特征,目前实验得到的无量纲优值已与SiGe合金相当,具有广泛的应用前景。
  近年来纳米技术在提高热电转化效率方面显示了光明的前景,广大热电材料工作者经过不断努力,在这个领域取得了引人注目的科学成果。研究成果除以上几种新型热电材料外,还有:电子晶体-声子玻璃(PGEC)热电材料、纳米超晶格热电材料、纳米线和纳米管热电材料、功能梯度热电材料等一系列新型热电材料。
  
  4热电材料的主要研究方法与手段
  
  热电材料制备工艺在很大程度上影响着其热电性能。因此,研究人员在改变配方的同时,也努力寻求更优的工艺条件来制备性能优越的热电材料。目前制备半导体热电材料的方法日趋成熟,主要包括:熔体生长法、粉末冶金法、气相生长法(包括物理气相沉积、化学气相沉积、分子束外延法等)、化学法、电化学法、水热合成法、机械合金化法(MA法)、热压法、放电等离子烧结法等。前两种方法适合制备体积较大的块晶体材料,气相生长法只适合制备薄膜材料,而化学法和电化学法不仅可以制备薄膜材料,而且可以制造纳米材料[14,23,32,33]。电化学法相对其他几种方法操作简单、成本降低,而且可以在微米级甚至纳米级的微区内生长温差电材料,因此被认为是一种很有前途的温差电薄膜材料以及纳米材料的制备技术。后面的几种,如水热合成、机械合金法等都是近几年发展的新型热电材料的研究方法,制备出来的热电材料具有较好的热电性能,是具有较好前景的热电材料研究方法。
  
  5提高材料热电性能的主要途径
  
  无论用于发电还是制冷,热电材料的Z值越高越好。从前面的公式可知,材料要得到高的Z值,应具有高的Seebeck系数、高的电导率和低的热导率,所以好的热电材料必须要像晶体那样导电,同时又像玻璃那样导热;但在常规材料中是有困难的,因为三者耦合,都是自由电子(包括空穴)密度的函数,材料的Seebeck系数随载流子数量的增大而减小,电导率和导热系数则随载流子数量的增大而增大。热导率包括晶格热导率(声子热导)k1和载流子热导率(电子热导)k2两部分,晶格热导率k1占总热导率的90%[34];所以为增大Z值,在复杂的体系内,最关键的是降低晶格热导率,这是目前提高材料热电效率的主要途径。目前提高热电材料热电性能的主要方法有以下几种:
 ?。?) 通过低维化改善热电材料的输运性能,如将该材料做成量子阱超晶格、在微孔中平行生长量子线、量子点等。低维化的材料之所以具有不同寻常的热电性能,主要是量子阱和量子线的作用,低维化可通过量子尺寸效应和量子阱超晶格多层界面声子散射的增加来降低热导率。当形成超晶格量子阱时,能把载流子(电子和空穴)限制在二维平面中运动,从而产生不同于常规半导体的输运特性[35],低维化也有助于增加费米能级Ef附近的状态函数,从而使载流子的有效质量增加(重费米子),故低维化材料的热电势率相对于体材料有很大的提高。
 ?。?) 通过掺杂修饰材料的能带结构,使材料的带隙和费米能级附近的状态密度增大。掺杂调制技术在势垒中掺杂施主,电子则由势垒层的导带进入阱层的导带,而电离施主留在势垒层中,这样在阱层运动的电子就不会受到电离施主的散射影响,从而提高了载流子的迁移率,同时势阱的宽度变小,也提高了载流子的迁移率,从而提高了材料的热电优值;当向基热电材料中掺入半金属物质如:Sb、Se、Pb等,特别是引入稀土原子,因为稀土元素有特有的f层电子能带,具较大的有效质量,有助于提高材料的热电功率因子;同时f层电子与其它元素的d电子之间的杂化效应也可以形成一种中间价态的复杂能带结构,从而可以获得高优值的热电材料[14,36]。
 ?。?) 通过梯度化扩大热电材料的使用温区,提高热电输出功率。不同的热电材料只有在各自工作的最佳温度范围内才能发挥出最优的热电性能,当温度稍微偏出后,ZT值急剧下降,极大地限制了热电材料的发展和应用,梯度化是把两种或两种以上的单一材料结合在一起,使每种材料都工作在各自最佳的工作温度区间,这样不仅扩大了材料的应用温度范围,又获得了各段材料的最佳ZT值,使材料的热电性能得到大幅度的提高[37~38]。
  
  6热电材料的应用
  
  热电材料在研究上的飞速发展带动了其在工业上的应用,于是许多国家开始致力于热电器件的研究,热电器件方面研究较多的是热电发电机(TEG)和温差制冷机。其工作原理见图6。另外一些研究成果已逐渐进入商业化阶段,如图7所示。
  前苏联的Ioffe 等人早在1956年就开始研究利用农村普遍使用的燃油灯的热量来转化成电能,以驱动无线电收音机。而在北欧地理位置相对偏远的地区,人们研制出一种能够放置在木柴炉上的小型热电发电机。它利用木柴炉燃烧释放的热量产生电能,以替代汽油发电机,为当地居民提供夜间照明用电。
  在深层宇宙探测中,TEG技术被用于替代太阳能电池为探测器提供电能。美国军方和航空航天局(NASA)较早地将半导体热电堆发电技术应用于阿波罗、先锋者、开拓者、旅行者等空间任务中。比较典型的是伽利略号探测器上就装载了2台285W的碲化铅(PbTe)热电发电机(RTG)。热电发电机冷热端的工作温差为700K,效率约为7%。
  早在20世纪80年代初,美国就完成了500~1000W军用温差发电机的研制,并于80年代末正式列入部队装备,放在深海中为美国导弹定位系统网络的组成部分――无线电信号转发系统供电。1999年,美国能源部又启动了“能源收获科学与技术项目”,研究利用温差发电???,将士兵的体热收集起来用于电池充电。加拿大的Global热电公司从1977年开始,将空间RTG技术转为商业化的TEG技术。目前,Global已经成为世界上最大的热电发电机供应商为世界各地45个国家的偏远地区提供了高质量、高可靠性、低价格的基于TEG技术的电力解决方案。泰国的海上石油平台采用了Global生产的200W TEG,为其无人看守的监测控制及数据采集仪(SCADA)提供连续的电能供电。巴西在Amazon热带雨林地区分散安装了大量的120W TEG,用于输油管道中,为金属管线提供阴极?;?以防止氧化腐蚀。
  日本国家功能材料研究中心(SMRC)以 Masanobu Marlo博士为首的科研人员正在研究利用汽车尾气作为热源的TEG技术。这种TEG的热端是由具有较强净化能力的特殊功能材料制造而成,一方面能够实现热电转化,为汽车提供部分电力供应;另一方面,能够通过热端材料吸附分解尾气中的NOx等有害气体,同时释放出 N2和02等气体,达到降低污染气体排放的目的。
  英国威尔士大学和日本大阪大学于1991年联合研究了大规模利用钢铁厂和垃圾焚烧厂的废弃余热产生兆瓦级输出电功率的项目。该课题以373K的钢铁厂循环水为热源,冷源采用温度约为300K的冷却水,整个循环的温差约为7OK,效率在(8~10)%左右。
  德国Dresden科技大学以Wemirl Qu为首的研究工作者发明了一种利用铜箔作为介质的微型热电发电机,能够循环使用将周围环境的热量转化为出能。国外研究者还发明了一种靠人体温度驱动的新款手表以及靠体温驱动的传感器,热电手表整个装置体积非常小巧,不需要安装化学电池,深受消费者青睐。
  我国在热电方面的研究就整体水平而言,相对发达国家还存在一定的差距,尤其是应用方面, 目前我国比较缺乏相关配套技术以及市场的支持。因此,在国内进一步深入开展半导体热电堆发电技术的研究,具有十分重要的意义。
  
  6展 望
  
  随着能源的日益紧张以及环境污染的日趋严重,热电材料作为一种新型能量转换材料倍受人们的关注、重视。从上个世纪五六十年代开始,广大科学工作者就开始了对热电材料的研究,并且取得了可喜的成果,但是这些研究主要在美日欧等少数发达国家开展,我国在热电材料的研究上相对落后,国内这方面的研究主要集中在几个大学:清华大学、浙江大学、武汉工业大学、厦门大学等,而且主要集中是在理论研究上。我国是一个能耗大国,随着经济的发展,我国对能源的需求会更大,但是可开发的石化能源越来越少,这使得热电器件―― 一种环保能量转化装置越来越受到大家的关注。热电材料作为热电器件的核心部分,它的性能的好坏直接决定器件效率的高低。然而,目前热电材料的优值普遍还比较低,并且制备的成本较高,这极大地制约了它的发展,如果能把材料的热电优值提高到3左右,那它将可以与传统的发电与制冷方式相媲美,近年来纳米技术的迅速发展给热电材料的研究和制备注入了新的活力,纳米材料的量子效应以及对声子的散射效应有望大幅度提高材料的热电性能,使其热电优值提高到3变成可能。因此,研究高优值的热电材料将对我国的发展带来深远的影响。
  
  参考文献 略

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