電熱材料和熱電材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展（Ⅰ）

時(shí)間：2017-06-13作者：淮安市磐巖新能源科技有限公司瀏覽：72

磐巖（）的小編今天帶來的是電熱材料和熱電材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展。
一、熱電材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展
1、傳統(tǒng)熱電材料的研究現(xiàn)狀
從實(shí)用的角度來看，只有那些無量綱優(yōu)值接近1的材料才被視為熱電材料。目前已被廣泛應(yīng)用的主要有3種：適用于普冷溫區(qū)制冷的BiZTea類材料，適用于中溫區(qū)溫差發(fā)電的PbTe類材料，適用于高溫區(qū)溫差發(fā)電的SiGe合金。

 

1.1 Bi-Te系列
BiZTea化學(xué)穩(wěn)定性較好，是目前ZT值較高的半導(dǎo)體熱電體材料。一般而言，Pb，Cd，Sn等雜質(zhì)的摻雜可形成P型材料，而過剩的Te或摻人I，Br，Al，Se，Li等元素以及鹵化物掩I，CuI，CuBr，BiI3，SbI3則使材料成為n型。在室溫下，P型BiZTea晶體的Seebeck系數(shù)較大值約為260PV／K，n型BiZTea晶體的a值隨電導(dǎo)率的增加而降低，并達(dá)到較小值－270t，V／K161，BI2Te。材料具有多能谷結(jié)構(gòu)，通常情況下，其能帶形狀隨溫度變化很小，但當(dāng)載流子濃度很高時(shí)，等能面的形狀將隨載流子的濃度而發(fā)生變化。室溫下它的禁帶寬度為0.13eV，并隨溫度的升高而減少。
1.2 P1rTe系列
PbTe的化學(xué)鍵屬于金屬鍵類型，具有NaCl型晶體結(jié)構(gòu)，屬面心立方點(diǎn)陣，其熔點(diǎn)較高（1095K），禁帶寬度較大（約0．3eV），是化學(xué)穩(wěn)定性較好的大分子量化合物。通常被用作300－900K范圍內(nèi)的溫差發(fā)電材料，其SeeBeck系數(shù)的較大值處于600－800K范圍內(nèi)。PbTe材料的熱電優(yōu)值的較大值隨摻雜濃度的增高向高溫區(qū)偏移。PbTe的固溶體合金，如PbTe和PbSe形成的固溶體合金使熱電性能有很大提高，這可能是由于合金中的晶格存在短程無序，增加了短波聲子的散射，使晶格熱導(dǎo)率明顯下降，故使其低溫區(qū)的優(yōu)值增加。但在高溫區(qū)，其ZT值沒有得到很好的提高，這是由于形成PbTe－PbSe合金后，材料的禁帶明顯變窄，導(dǎo)致少數(shù)載流子的影響增加，結(jié)果沒能引起高溫區(qū)ZT值的提高。

 

1.3 Si－Ge系列
SiGe合金的a值在Sio．ISGeo．a(chǎn)S達(dá)到較大值，其原因是在該組分處合金系統(tǒng)中的狀態(tài)密度和有效質(zhì)量達(dá)到較大值。但實(shí)際常用Si含量高的合金來得到較高的優(yōu)值，Si含量高有以下好處：降低了晶格熱導(dǎo)率；增加了摻雜原子的固溶度；使SiGe合金有較大的禁帶寬度和較高的熔點(diǎn)，適合于高溫下工作；比重小，抗氧化性好，適應(yīng)于空間應(yīng)用；同時(shí)降低了造價(jià)。SiGe合金是目前較為成熟的一種高溫?zé)犭姴牧希m用于制造由放射線同位素供熱的溫差發(fā)電器，并已得到實(shí)際應(yīng)用，1977年旅行者號(hào)太空探測器**采用SiGe合金作為溫差發(fā)電材料，在此后美國NASA的空間計(jì)劃中，SiGe差不多完全取代PbTe材料。


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