電熱材料和熱電材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展（Ⅱ）

時(shí)間：2017-06-13作者：淮安市磐巖新能源科技有限公司瀏覽：65

磐巖（）的小編今天繼續(xù)帶來(lái)的是電熱材料和熱電材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展。
 
2 新型熱電材料的研究進(jìn)展
隨著當(dāng)今新材料合成技術(shù)的發(fā)展，以及用Ｘ射線衍射技術(shù)和計(jì)算機(jī)來(lái)研究化合物能帶結(jié)構(gòu)參數(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn)，使得目前熱電材料的研究日新月異，除了對(duì)傳統(tǒng)熱電材料的進(jìn)一步研究外，各種新材料層出不窮。

 

2.1 電子晶體一聲子玻璃（PGEC）熱電材料
所謂電子晶體一聲子玻璃，是指使材料導(dǎo)電性能方面像典型的晶體，有較高的電導(dǎo)率，熱傳導(dǎo)方面如同玻璃，有很小的熱導(dǎo)率。按照這一指導(dǎo)思想，SlackGA等［91提出應(yīng)設(shè)計(jì)一種化合物半導(dǎo)體，在這種化合物中，一個(gè)原子或分子以弱束縛狀態(tài)存在于由原子構(gòu)成的籠狀**大型空隙中，這種原子或分子在空隙中能產(chǎn)生一種局域化程度很大的非簡(jiǎn)諧振動(dòng)，被稱為振顫子，這種振顫子同樣有降低材料熱導(dǎo)率的作用。在某一特定溫度區(qū)間內(nèi)材料熱導(dǎo)率降低的程度受振顫子濃度、質(zhì)量百分比及其振顫頻率等參數(shù)的直接影響，調(diào)節(jié)這些參數(shù)可以調(diào)節(jié)材料的熱導(dǎo)率由于這種振顫僅降低熱導(dǎo)率的聲子導(dǎo)熱部分，而對(duì)材料的電子輸運(yùn)狀況影響較小，所以使得這類材料有一個(gè)很高的ZT值。較為典型的電子晶體一聲子玻璃材料是Skutterudite（方鉆礦）材料，如CoAS3是典型的Skutterudite晶體結(jié)構(gòu)。1996年CaIllat等測(cè)量了重?fù)诫sCoSb3的熱導(dǎo)率，100℃時(shí)其晶格熱導(dǎo)率約為44W·m-1·K-1，甚至能降低到32 W·m-1·K-1。這項(xiàng)研究就是利用載流子一聲子散射機(jī)制，有效地散射了聲子，顯著降低了材料的晶格熱導(dǎo)率。
2.2納米**晶格熱電材料
**晶格是一種新型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體化合物，是由兩種較薄的不同材料的半導(dǎo)體單晶薄膜周期性地交替生長(zhǎng)而成的多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，每層薄膜一般含幾個(gè)以至幾十個(gè)原子層，由于這種特殊結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體**晶格中的電子（或空穴）能量將出現(xiàn)新的**化現(xiàn)象，以致產(chǎn)生許多新的物理性質(zhì)。納米**晶格熱電材料區(qū)別于塊體熱電材料的兩個(gè)重要特性是存在許多界面和結(jié)構(gòu)的周期性。這些特性有助于增加費(fèi)米能級(jí)附近的狀態(tài)密度，導(dǎo)致See－Beck系數(shù)增大，有助于增加聲子散射，同時(shí)又并不顯著地增加表面的電子散射，由此在降低材料熱導(dǎo)率的同時(shí)并不降低電導(dǎo)率。當(dāng)滿足**限制條件時(shí)，在載流子濃度不變的情況下，可顯著增大載流子的遷移率，從而方便地調(diào)節(jié)摻雜。但是，納米**晶格熱電材料的熱電機(jī)理至今并不是很清晰，有待我們進(jìn)一步探索。

 

2.3功能梯度熱電材料
在大溫差范圍內(nèi)，只有沿溫度梯度方向選用具有不同較佳工作溫度的熱電材料，使之各自工作于具有較大ZT值的溫度附近，才能有效地提高其溫差發(fā)電效率。按照這種設(shè)想制成的材料稱為功能梯度式材料（FGM）。由于制備成分連續(xù)遞變的材料較為困難，目前多采用不同材質(zhì)沿溫度梯度方向疊層放置，或采用相同材質(zhì)但各段材料中載流子濃度遞變的設(shè)計(jì)方法等對(duì)溫差為200℃時(shí)的疊層IrSb3基材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)層數(shù)為2時(shí)，轉(zhuǎn)換效率比單層材料提高12％，當(dāng)層數(shù)為3時(shí)，提高150ooAnatYchukLI及SnowdenDP等也發(fā)現(xiàn)隨著冷熱端溫差的增大（或?qū)訑?shù)增多）熱電轉(zhuǎn)換效率（砂隨之提高的現(xiàn)象。對(duì)于選定材料的lrn熱電單體，隨著界面溫度的升高，刀從由250℃時(shí)的6．7％上升到16．9％。關(guān)于梯度結(jié)構(gòu)的另一個(gè)概念是沿溫度梯度方向微觀結(jié)構(gòu)的遞變。KaJIkawaT等采用區(qū)域移動(dòng)燒結(jié)制備裝置曾獲得具有這種結(jié)構(gòu)的材料，通過(guò)沿樣品長(zhǎng)度方向切取片段材料進(jìn)行測(cè)試分析表明，經(jīng)良好燒結(jié)的材料內(nèi)部形成各種**結(jié)構(gòu)，沿長(zhǎng)度方向組織實(shí)現(xiàn)連續(xù)變化，材料電導(dǎo)率和遷移率也實(shí)現(xiàn)連續(xù)遞變。


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