微型热电器件研究进展
Sb2Te3基热电薄膜的研究进展
第49卷第6期2021年6月硅酸盐学报Vol. 49，No. 6June，2021 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20200617Sb2Te3基热电薄膜的研究进展易文1,2，赵永杰1，王伯宇1，周志方2，李亮亮2，李静波1(1. 北京理工大学材料学院, 北京 100081；2. 清华大学材料学院，北京 100084)摘要：基于热电薄膜的微型热电器件在微区制冷、温差发电等领域具有广阔应用前景。
具有高功率因子、ZT值的热电薄膜对微型热电器件的性能至关重要。
Sb2Te3基材料是室温下性能优异的p型热电材料。
然而，目前Sb2Te3基薄膜的热电性能仍然不能满足实际应用的需求。
简述了热电材料研究的相关背景，介绍了Sb2Te3的晶体结构，概述了Sb2Te3基薄膜的常用制备技术，从提高功率因子和降低热导率2方面综述了提高Sb2Te3基薄膜热电性能的方法。
重点介绍了材料组织、微观结构与热电性能的关系，即缺陷、择优取向、纳米颗粒、超晶格、有机无机杂化等对Sb2Te3基薄膜热电性能的影响。
此外，对Sb2Te3基热电薄膜的发展方向予以展望。
关键词：热电薄膜；碲化锑；热电性能；功率因子；热导率中图分类号：TB34 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2021)06–1111–14网络出版时间：2021-04-06Research Progress on Antimony Telluride Based Thermoelectric Thin FilmsYI Wen1,2, ZHAO Yongjie1, WANG Boyu1, ZHOU Zhifang2, Li Liangliang2, Li Jingbo1(1. School of Materials Science and Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;2. School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Micro thermoelectric devices based on thermoelectric films have promising applications in various fields such as micro-zone refrigeration and power generation. Thermoelectric films with high power factor and large ZT values are critical materials in these devices. Sb2Te3-based materials are outstanding p-type thermoelectric materials at room temperature. However, the thermoelectric properties of Sb2Te3-based thin films cannot meet the requirement of practical applications. The research background of thermoelectric materials is briefly introduced, the crystal structure of Sb2Te3 is discussed, the preparation techniques of Sb2Te3-based thin films are outlined, and the methods of improving the power factor and reducing the thermal conductivity of Sb2Te3-based thin films are summarized. In particular, the effects of microstructure on thermoelectric properties are focused on to elucidate the mechanism of improving thermoelectric properties of the films, which includes defects, preferential orientation, nanoparticles, superlattice, organic-inorganic hybridization, and so on. In addition, the future research directions for Sb2Te3-based thermoelectric thin films are discussed.Keywords:thermoelectric thin film; antimony telluride; thermoelectric property; power factor; thermal conductivity当前，能源危机、全球变暖、环境污染等问题日益严重，因此，寻找资源丰富、环境友好的新能源材料，并实现能源的高效利用至关重要[1-3]。
微型热电器件应用的最新研究进展
相比传统的热机和制冷压缩机， 电器件的优势是 热
术的应用已有百年的历史， 最早的应用应属用来测温的 双金属丝热 电偶 。 但是 ， 单质金属的热 电能量转换能力
热 电能量 转 换是 指 一 种利 用 导体 或 半 导体 内的 载
速 发展 ， 电技 术在 废热 回收 、 热 小功 率 制冷 、 温控 温 、 测 野 战发 电及航 空航 天等领 域得 到了广 泛的应 用 。 Ｊ
流子 （ 电子或空穴） 在温度或电势梯度下产生定向迁移 ， 从而实现热能和电能之间相互直接转换的技术Ｌ ｌ Ｊ 。该技
ｍｉｒ ｄ ｖｃ ｓ ｃ ｏ ｅ ｉｅ
Ｌｉ ａ ｉ Ｌｉ ａ ｇ ｉｎｇ， Ｌｉ ｉｇｆｎ ｕＤ ｗｅ ， ｎ ｌａ Ｌｉ ｎ ｅｇ Ｊ
（ ｅ ａｔ ｅ ｔｆ ｔ ｉｌＳ ｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ，ｓ ｇ ｕ ｎｖｒｉ ， ｅ ｉ ０ ０ ４ Ｃ ｉ ） Ｄ ｐ ｒ ｎ Ｍａｅ ａｓ ｃ ｎ ｅ ｄ ｇｎ ｒ ｇ Ｔｉ ｈ ａＵ ｉ ｓｙ Ｂ ｉｎ １０ ８ ， ｈｎ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ Ｅ ｅ ｎ ｎ ｅ ｔ ｊ ｇ ａ
ｓｍｍａｉｅ ｅｔｅｒ ｓ ｓ ｕｔｒｌａ ｏ ｔ ａｄｍａ ｒ ｌ ｓｌ ｔ ｎ ａ ｄｌｔｄａｄ ｃｍｐ ｒ ｏ ｏａ ｌ ｘ ｍｐｅ ｂ ｕ ｕ ｒ ｄｔ ｏｉ ， ｔ ｃｕａ ｙ ｕｓｎ ｔ ａｓ ｅｅ ｉ ， ｓ ｏ ａｅ ｓｍｅｎ ｔｂｅｅ ａ ｌｓａｏ ｔ ｚ ｈ ｈ ｅ ｒ ｌ ｅ ｉ ｃ ｏ ｎ ｉｅ ｎ ｄ
摘 要： 可以用于微 区控温、 温差发电及测温传感的微型热 电 器件近年来得 到了 产业和 学术界 的广泛关注 ， 其应用
范围已经扩展到集成 电路、电子元器件、微机电系统（ ＭＳ、生物医学工程、国防以及航空航天等多个领域。综 ＭＥ ）
热电材料的新进展
热电材料的新进展热电材料是一种能将热能转化为电能或将电能转化为热能的物质，又称为热电材料（thermoelectric material）。
这种材料已经得到了广泛的应用，包括用于热电发电、温度测量、温度控制和热解析等领域。
近年来，在研究中心的深入探索下，热电材料的研究也取得了新的进展。
一. 超导热电材料传统的热电材料有一个很大的缺陷，就是存在很高的热导率。
这意味着，当它们将热转化为电的时候，一部分热量会被浪费掉，转化效率很低。
因此，科学家一直在寻找可以减少热传导的新材料。
近年来，超导热电材料就成为了其中的一种研究方向。
超导热电材料具有非常低的热导率，可以将热转化为电的效率提高到一个新的水平。
二. 纳米热电材料纳米技术是当今科技领域最重要的发展方向之一。
在热电材料研究中，纳米技术的应用也有了很大的进展。
科学家们通过控制热电材料的晶粒大小和比表面积，使这些材料具有更好的热电性能。
同时，纳米热电材料还可以用于制造微型温度传感器和微型热电发电机等微型器件。
三. 基于模拟设计的热电材料模拟设计是一种先进的计算方法，可以用来模拟和预测热电材料的性能。
通过模拟设计，可以更好地理解热电材料的物理机制，优化材料的性能，从而加速热电材料的开发和应用。
基于模拟设计的热电材料已经成功地应用于传感器、热电发电器等领域。
总之，热电材料的研究领域已经涵盖了很多方面。
超导热电材料、纳米热电材料和基于模拟设计的热电材料等新兴研究领域都有着广泛的应用前景。
未来，随着科技的不断进步和人们对能源需求的不断增加，热电材料的研究也将会得到更加全面和深入的发展。
热电材料及器件研究新进展
热电材料及器件研究新进展近年来，随着科技的不断进步，热电材料及器件的研究也在不断发展，新的成果和进展不断涌现。
本文将介绍一些热电材料及器件研究的新进展，让我们更加了解这一领域的发展趋势和前沿科技。
一、新型热电材料的发现在热电器件中，热电材料起到关键的作用。
近年来，科学家们发现了一些新型热电材料，这些材料具有更高的效率和更好的稳定性。
1. 柔性热电材料柔性热电材料具有高效率和可弯曲的特点，因此被广泛应用于可穿戴设备领域。
近期，研究人员在石墨烯和聚亚胺材料上成功制备了柔性热电发电机，这种发电机可以利用人体发出的热能产生电能，用于驱动穿戴设备。
2. 新型有机-无机复合材料有机-无机复合材料是一种材料结构独特、性能优良的新型材料体系。
近年来，研究人员发现一些新型有机-无机复合材料具有极高的热电转换效率，因此被广泛应用于热电发电领域。
这些材料还具有成本低廉、易于制备等优点，将有望在未来替代传统的热电材料。
二、热电器件的新型设计在热电器件中，除了材料的选择外，器件的设计也对其性能有着重要影响。
近年来，科学家们提出了一些新型的热电器件设计方案，这些方案可以提高器件的效率、耐用性等性能。
1. 多级热电模块技术多级热电模块技术可以将多个热电发电模块连接在一起，形成一个大规模热电发电系统。
这种技术可以提高热电发电系统的转换效率和输出功率，因此在太阳能、地热能等领域有着广泛的应用前景。
2. 大面积热电模块技术大面积热电模块技术可以将多个小的热电模块拼接起来，形成一个大面积的热电模块。
这种技术可以提高热电模块的输出功率和转换效率，因此有望在太阳能、地热能等领域广泛应用。
三、热电器件的实际应用近年来，热电器件在实际应用中有了更广泛的应用。
以下是一些热电器件的实际应用案例。
1. 路面热电发电系统在城市道路上安装热电发电系统，可以利用路面散发的热量发电，以增加能源供给的同时，缓解城市能源短缺的问题。
2. 电动汽车座椅在电动汽车座椅上加装热电模块，可以将座椅发出的热能转化为电能，为汽车提供额外的电力。
热电器件的研究进展及其性能改进方法
设计与应用 228Design and Application热电器件的研究进展及其性能改进方法段文傲（荆楚理工学院，湖北 荆门 448000）【摘要】热电器件属于新能源领域的一个分支，也是近些年研究人员重点关注的一个研发领域。
随着我国热电器件应用的不断推广，热电器件市场前景十分可观。
文章主要对热电器件的研究进展进行论述，并针对当前我国热电器件应用过程中存在的问题，提出热电器件性能的改进方法，希望为相关研究人员提供理论帮助和指导建议。
【关键词】热电器件；性能；改进方法中图分类号：TM925.61 文献标志码：A 文章编号：2096-5699（2020）01-0228-02近几年，我国热电器件应用领域不断扩大。
热电器件的广泛应用，在一定程度上推进了我国新能源领域的发展。
当前，社会各界对热电器件的关注度持续上升，越来越多新型热电材料正逐渐被人们开发和应用。
但我国热电器件在实际应用中仍存在能源转化效率低的问题，严重影响热电器件的应用效果。
1 热电器件的研究进展1.1 热电发电器件原理热电发电器件的应用原理主要是借助电导率较高金属材料，通过将两种不同类型的半导体进行结合，形成一个闭合电路。
而后，其中金属材料中包含大量电子，当半导体载流子原比金属的低，且差距较大时，器件内部会产生电子，进而发生电子扩散运动。
在热电发电器件实际应用中，金属材料受热激发，造成价带载流子数量增加。
引起内部载流子扩散，产生冷端运动。
这时，受到多方面的影响，热电发电器件内部将会形成定向运动，产生自建电场，进而造成导体两端产生电动势，从而实现热电发电器件的能量转化。
1.2 热电器件的发展历程热电器件的发展最早可以追溯到二十世纪四十年代。
那一阶段，相关的热电材料研究学者通过试验，对热电器件的应用展开了大量研究，并收获了一定的成果和经验，为后期热电器件事业发展奠定了基础。
而到了八十年代，热电器件已经被大量应用，并且器件的研发已经初具规模，相关的实验层出不穷。
热电器件优化设计研究现状及展望
热电器件优化设计研究现状及展望【摘要】本文旨在探讨热电器件优化设计的研究现状及展望。
在我们将介绍研究背景，探讨热电器件的重要性，以及本文的研究目的。
在我们将定义和分类热电器件，探讨热电器件的优化设计方法，并总结目前热电器件优化设计的研究现状。
通过对未来的展望，我们将探讨热电器件优化设计的发展趋势。
在我们将总结本文的内容，展望研究的未来，并提出研究建议。
通过本文的深入分析，有望为热电器件的优化设计提供新的思路和方法，推动该领域的发展。
【关键词】热电器件、优化设计、研究现状、展望、引言、正文、结论、回顾、建议、定义、分类、方法、研究背景、研究意义、研究目的、未来。
1. 引言1.1 研究背景研究表明，传统的热电器件存在着效率低、成本高、稳定性差等问题，限制了其在实际应用中的推广。
如何优化设计热电器件，提高其能量转换效率和稳定性，成为当前研究的重要方向。
随着材料科学、纳米技术等领域的不断发展，研究人员逐渐认识到热电器件优化设计的重要性，纷纷探索新的材料、结构和制备技术，力求提高热电器件的性能。
热电器件优化设计仍然面临着诸多挑战，如材料选择、结构设计、工艺优化等问题亟待解决。
深入研究热电器件的优化设计方法，探索性能提升的途径，对于推动热电器件领域的发展具有重要意义。
本文旨在系统梳理热电器件优化设计的研究现状与展望，为今后的研究工作提供参考和借鉴。
1.2 研究意义热电器件具有将热能转化为电能的特性，可以应用于能源转换、热管理、汽车尾气处理等领域。
优化设计研究可提高热电器件的效率和性能，降低能源损耗和成本，推动热电器件技术的发展和应用。
在当前环境保护和节能减排的大背景下，热电器件的优化设计具有重要的意义。
通过研究优化设计方法，可以提高热电器件的转换效率和稳定性，减少资源浪费和环境污染。
优化设计研究可以促进热电器件在新能源领域的应用，推动可持续发展和绿色能源的发展。
深入研究热电器件的优化设计对提高能源利用率、促进环境可持续发展具有积极意义，对推动热电器件技术的进步和应用具有重要价值。
微型加热器器件的组成及性能研究
微型加热器器件的组成及性能研究一、引言随着科技的发展和微型加热器器件的应用领域不断扩展，人们对于微型加热器器件的研究和应用越来越重视。
本文旨在探究微型加热器器件的组成及性能，并为工程及应用提供一定的参考意见。
二、微型加热器器件的组成微型加热器器件主要由加热膜、绝缘层、联系电极和衬底四部分组成。
（一）加热膜加热膜是微型加热器器件的核心部分，其主要作用是将电能转化为热能，实现加热。
目前主流的加热膜材料有金属、半导体和陶瓷等。
1.金属薄膜：金属薄膜具有制备工艺简单、稳定性好和响应速度快等优点，因此被广泛应用于微型加热器器件中。
金属薄膜常用的材料有铜、铝、铬、钨等。
2.半导体薄膜：半导体薄膜具有高温缩成、温度响应快、线性性好等特点，因此在某些场合下取代金属薄膜作为加热膜。
主流半导体薄膜材料有铟锡氧化物（ITO）、锗硅（SiGe）和氧化铝（Al2O3）等。
3.陶瓷薄膜：陶瓷薄膜具有耐高温、化学惰性和内应力小等特点，因此在一些特殊场合下，如生物传感和微流体芯片等，被广泛应用。
主流陶瓷薄膜材料有氧化钛（TiO2）、氧化锆（ZrO2）和氧化铝（Al2O3）等。
（二）绝缘层绝缘层位于加热膜和衬底之间，主要起到绝缘、隔热和防止膜破裂等作用。
目前，常见的绝缘材料有氧化硅（SiO2）、氮化硅（SiNx）和氧化铝等。
（三）联络电极联络电极是加热膜的引出电极，主要起到电流传输和电能输入作用。
联络电极一般采用金属薄膜材料制作，如铜、铝等。
（四）衬底衬底是微型加热器器件的支撑层，一般采用矽片、玻璃基板和塑料基板等材料。
选择合适的衬底材料和加工工艺对于微型加热器器件的稳定性和性能具有重要意义。
三、微型加热器器件的性能研究微型加热器器件的性能研究包括稳定性、加热效率和响应时间三个方面。
（一）稳定性稳定性是微型加热器器件的基本性能之一。
稳定性的好坏取决于加热膜材料的选择、绝缘层的质量、电极的接口和加工过程等多个因素。
较好的稳定性能够保证器件长时间运行，减少维修和更换的频率。
热电器件优化设计研究现状及展望
热电器件优化设计研究现状及展望热电器件是一种将热能转换为电能的设备，具有广泛的应用前景。
在当前的能源紧缺和环境保护的背景下，热电器件的优化设计研究成为了研究的热点之一。
本文将从热电材料的选取、结构设计、性能优化等方面进行分析，并展望未来热电器件设计的发展方向。
一、热电器件的基本原理热电器件是利用材料的热电效应将热能转化为电能的一种设备，其基本原理是通过热压力效应使得材料内部的自由电子和空穴形成漂移运动，从而产生电能。
热电效应由Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应三种基本效应构成。
Seebeck效应是指在温度较低一侧形成负载电荷，而在温度较高一侧形成正载电荷，从而产生电势差；Peltier效应是指将电能转化为热能；而Thomson效应则是指单位时间内材料的热流密度不变的条件下，温度梯度方向的导热系数。
二、热电材料的选取热电器件的性能优劣与材料的选择密切相关。
目前主要用于热电器件的材料包括半导体材料、导电高分子材料和金属材料。
半导体材料是目前使用最为广泛的材料，具有较高的热电转换效率和稳定性。
其热导率较高且价格昂贵。
导电高分子材料虽然热导率较低，但电导率较低，导致热电转换效率相对较低。
金属材料具有良好的电导率和导热率，但其热电转换效率较低。
未来研究可以结合不同材料的特点，通过复合材料的开发，提高热电转换效率。
三、热电器件的结构设计热电器件的结构设计也对其性能起着决定性的作用。
目前主要的热电器件结构有单层结构、多层结构和纳米结构。
单层结构由一个热电材料构成，简单易制造，但其热电转换效率较低。
多层结构由多个热电材料叠加而成，可以增加热电转换效率，但制造难度较大。
纳米结构是近年来的热点研究方向，通过控制热电材料的晶粒尺寸和形态，可以有效提高热电转换效率。
未来的研究可以继续探索不同结构的优势与局限，寻求更优化的设计方案。
四、热电器件的性能优化热电器件的性能优化是热电器件设计研究的核心问题。
热电材料及器件的研究与发展
热电材料及器件的研究与发展随着全球能源需求日益增长和非可再生能源储备的减少，绿色能源和可再生能源的研究和应用成为了近年来科学界研究的热点之一。
热电材料和器件是其中的一种重要研究方向，它们不仅可以转换废热和太阳能等低品质热源成为电能，而且还具有广阔的应用前景，如汽车尾气净化、光伏发电、半导体冷却等。
热电效应是指在温度差异作用下材料导电性质发生变化的现象，主要包括Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
Seebeck效应是指在两个接触的导体间由于温度差而产生电势差；Peltier效应是指在电流通过两个不同温度的导体间时产生的热量变化；Thomson效应则是指在电流通过均匀导体时，在导体内产生温度变化。
这些效应都是热电转换的基础，被广泛地应用于热电材料的研究和开发中。
目前，热电材料主要可以分为无机与有机两大类。
在无机材料中，常见的有铁磁体、半导体、热电氧化物以及硫化物等。
其中，半导体是最常用的热电材料之一，其中又以Bi2Te3系列材料和Skutterudites材料最为具有应用前景。
而有机热电材料则主要是使用有机薄膜和分子薄膜作为热电材料，它们可以制备出柔性、轻质的器件，易于在微小尺寸和不规则形状条件下制备。
但是，它们的热电性能还需进一步提高，以适应实际应用的需求。
除了选择合适的材料之外，热电器件的设计和结构也是实现高效能的重要手段。
热电设备可以分为两种类型：电压型和电流型。
前者是指通过建立由温度差驱动的电势差来提高能源变换效率，后者则使用由来自电流的移动的载流子，通过Peltier效应来直接提高能源的转换效率。
从材料的角度来看，电压型的器件对导电性能的优化有更高的要求，而电流型的器件则对材料的载流子浓度进行优化，以提高器件的热电效率。
除了热电材料和器件的基础研究之外，热电器件的应用也在不断扩展和深化。
热电材料的器件化开发是实现其应用的关键，而汽车尾气净化、太阳能热电转换、半导体热管理等均是热电材料的重要应用领域。
基于微纳电子技术的热电发电器件的研制
基于微纳电子技术的热电发电器件的研制随着现代科技不断发展，微纳电子技术的应用也越来越广泛。
其中，热电发电技术是一种非常实用且具有广泛应用前景的能源转化技术。
目前，基于微纳电子技术的热电发电器件已经逐渐成为学术界和工业界的关注焦点之一。
本文将介绍基于微纳电子技术的热电发电器件的研制。
一、热电发电技术的概述热电发电技术是一种将热能转化为电能的技术。
它的基本原理是通过在材料内部建立温差，使材料中的电子在热梯度的作用下发生漂移，从而引发材料中的电荷分离和寄生热流。
这种现象被称为“热电效应”。
二、基于微纳电子技术的热电发电器件基于微纳电子技术的热电发电器件是一种微型热电发电器件，其具有材料体积小、能量转化效率高等优点，因此在一些无线传感器网络、医学生物监测等领域有广泛应用。
一般来说，基于微纳电子技术的热电发电器件由四个部分组成：热电材料、金属电极、压电陶瓷薄膜和微加工技术。
三、热电材料的选择在基于微纳电子技术的热电发电器件中，热电材料的选择非常重要。
优秀的热电材料应具有高的热电转换能力、良好的稳定性和机械性能等特点。
目前，常用的热电材料主要包括铋碲、硒化铋、硫化铋等。
四、金属电极的制备金属电极是实现热电效应的关键组成部分之一。
一般来说，金属电极的材料种类和形状对热电效应有很大的影响。
目前，常用的金属电极材料有铜、铝、镍、锡等。
五、压电陶瓷薄膜的应用在基于微纳电子技术的热电发电器件中，压电陶瓷薄膜的应用非常重要。
它可以用来实现金属电极的压力控制，使金属电极与热电材料之间形成压力差，从而促进热电效应的产生。
目前，常用的压电陶瓷材料主要包括PZT和ZT。
六、微加工技术的应用微加工技术是实现微型热电发电器件制作的关键技术。
它可以用来制作出微型电路、微型电极、微型传感器和微型电器等关键部件。
目前，常用的微加工技术主要包括激光刻蚀技术、等离子体刻蚀技术和光阻工艺等。
七、结语基于微纳电子技术的热电发电器件目前正在得到越来越广泛的研究和应用。
微型热电发电机模拟分析及其优化研究
微型热电发电机模拟分析及其优化研究随着科技的不断发展，环境保护和节能低碳的理念得到了越来越广泛的认可和重视。
在能源领域，热电发电技术被认为是一种非常有前景的技术方向。
微型热电发电机作为热电发电技术的重要组成部分，因其体积小、功率密度高等特点，在无线传感器、医疗设备、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
本文针对微型热电发电机的模拟分析及其优化研究展开论述。
一、微型热电发电机的工作原理微型热电发电机（TEG）的核心部件是热电元件，它是由一对P型半导体和N型半导体构成的热电对，中间夹着高热导率的铜、铝等材料。
当温差作用在热电对两端时，热电对会产生电动势，从而产生电流。
这里值得注意的是，P型半导体和N型半导体的电导率存在较大的差异，因此温差越大，TEG的输出电压越高。
二、微型热电发电机的模拟分析为了更好地了解微型热电发电机的性能特点以及优化空间，我们需要进行模拟分析，探讨各种因素对TEG输出电压的影响。
在模拟分析中，我们需要确定的参数主要包括TEG的物理尺寸、材料特性、散热方式等。
同时，考虑到TEG本身的热损失，我们还需要对热源和散热环境进行模拟，以获取真实有效的输出电压。
在分析过程中，我们采用有限元分析方法，利用热电对的物理特性建立读取电势和输出电流之间的关系，进而得到TEG的输出电压。
具体来说，将TEG和外部环境分别建立有限元模型，然后对各个参数进行仿真和优化，从而得到最优化的热电性能。
三、微型热电发电机的优化研究针对微型热电发电机的优化研究可以从多个角度出发，我们将在下面从四个方面展开讨论。
3.1 材料优化热电材料是微型热电发电机的关键组成部分，材料的热电性能将直接决定TEG的输出电压、输出电功率等性能指标。
因此，针对不同的应用场景，需要根据需要定制合适的材料。
目前，常用的材料主要有铋锑合金、钙钛矿、硒化镉等。
铋锑合金具有良好的稳定性和较高的静态性能，适用于低功率和低温差环境；钙钛矿具有优秀的动态响应和较高的热电性能，适用于高功率和高温差环境；硒化镉则适用于中等功率和温差环境下。
热电器件优化设计研究现状及展望
热电器件优化设计研究现状及展望热电器件是一种将热能转化为电能的重要装置，具有体积小、结构简单、寿命长、无声无振动等优点，已广泛应用于太阳能、地热能、废热回收等领域。
目前，热电器件的效率和性能需求越来越高，需要从材料、结构和工艺等方面进行优化设计，以满足新能源和废热利用等领域的实际应用需要。
一、材料的优化设计热电器件的性能很大程度上取决于材料的选择和优化。
传统的热电材料如硒化铋、铜带、硫化镉等具有热电性能良好，但存在使用温度窄、易氧化损伤等缺点。
近年来，石墨烯、氧化物、硫族化合物、半导体合金等新型材料在热电应用领域得到广泛研究。
例如，石墨烯的良好导热性和电子输运性，以及氧化物的高温稳定性和设计多孔结构等性质，为热电器件开发提供了新的思路和方法。
未来的研究方向包括开发多成分复合材料、设计新型结构等，以实现高效率、高稳定性、低成本的热电材料。
热电器件结构的优化设计也是提高性能的重要手段。
优化的结构包括热电模块、散热系统、电极布局、电子输运路径等方面。
例如在热电模块方面，研究表明采用非均质结构和异质结构有利于提高器件热电性能。
在电极布局方面，采用新型布局方式如同时接地类型和相位逆转类型等也有利于提高热电能量转换效率。
未来的研究方向包括研究新型结构、探索新型电极布局方式等，以实现高效热电器件的开发与应用。
热电器件的工艺优化对提高热电性能也有重要意义。
在制备过程中，采用合适的工艺控制条件如高压烧结、高温退火等可以改善器件结晶度和晶粒尺寸等微观结构参数，从而提高热电性能。
此外，在器件组装过程中，加工精度、接触性及安装方式也会影响热电器件性能。
未来的研究方向包括开发适合不同材料的制备工艺、探索先进的加工工艺等，以提高热电器件的制备效率和性能稳定性。
总之，热电器件优化设计是未来热电领域的重要研究方向之一。
通过优化材料、结构和工艺等方面的设计和控制，可以实现高效率热电器件的开发和应用，为新能源和废热回收等领域的可持续发展做出积极的贡献。
一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法
一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法日新月异，飞秒激光技术持续发展，应用场景不断扩大。
基于飞秒激光技术制造微型热电器件也日益成为研究热点，在许多领域有着重要应用，如生物材料、电子器件、功能材料、医学和能源。
本文主要介绍了基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法。
首先，在制造微型热电器件之前，要先准备好金属材料，如铜、铁、钢或者其他金属。
在准备好金属材料后，需要采用飞秒激光技术将金属材料切割成形状，以制成微型热电器件。
这种技术具有快速切割、精确尺寸、低成本、低温影响等优点。
其次，在将金属材料切割成形状之后，需要采用热键技术，将微型热电器件焊接在一起，使得整体结构更加紧密和牢固。
最后，为了使微型热电器件具有良好的热电性能，需要采用表面处理技术，将表面进行抛光处理，使表面光滑并具有防腐能力，从而保证其热电性能。
综上所述，基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法包括三个步骤：准备金属材料；采用飞秒激光技术将金属材料切割成形状；采用热键技术将微型热电器件焊接在一起，并在表面进行抛光处理。
目前，基于飞秒激光技术制造微型热电器件的研究取得了一定成果，但也存在一些问题需要解决。
首先，由于飞秒激光技术的输出功率较低，当处理比较厚的金属板时，很难达到一定的外形精度。
其次，由于热键技术的受到温度的限制，当焊接温度超过预设值时，微型热电器件的性能会受到影响。
最后，由于金属材料的抗腐蚀能力差，在日常生活中，会对微型热电器件的性能造成极大影响，亟需开发出抗腐蚀性更强的金属材料。
未来，基于飞秒激光技术制造微型热电器件将朝着更细小、更轻薄、更高精度、更高可靠性等方向发展，在许多领域也将具有重要意义，如在生物材料、电子器件、功能材料、医学和能源等方面的应用已日益受到重视。
总而言之，基于飞秒激光技术制造微型热电器件既具有优越的精度，又具有热电性能良好的特点，在许多领域具有重要而又广泛的应用，有望在未来发展出更出色的产品和技术，以及更多的应用领域。
热电器件优化设计研究现状及展望
热电器件优化设计研究现状及展望热电设备是一种独特的能量转换装置，可以直接将热能转化为电能，或者将电能转化为热能。
它具有体积小、重量轻、无噪音、无污染等特点，并且在环境温差存在的情况下能够自供能源，因此被广泛应用于能源回收、持续能源供应以及环境监测等领域。
热电器件的效率低、成本高以及稳定性差等问题限制了其在实际应用中的发展。
当前研究中的主要目标是提高热电器件的效率、降低成本以及提高稳定性。
针对热电器件效率低的问题，研究者们主要从材料优化、结构优化和工艺优化等方面展开研究。
材料优化方面，研究者们通过改变材料的成分和微观结构来提高热电材料的热电性能，例如通过掺杂和合金化等手段来改善材料的电子输运性能和热传导性能。
结构优化方面，研究者们通过设计新型的热电器件结构来提高其效率，例如采用多层结构、纳米结构和复合结构等。
工艺优化方面，研究者们通过改变热电器件的工艺参数来提高其性能，例如通过控制材料的成分和界面的制备条件来改善器件的性能。
针对热电器件成本高的问题，研究者们主要从材料选择、加工工艺和装配工艺等方面展开研究。
材料选择方面，研究者们通过选择成本较低的材料来降低热电器件的成本，例如采用常见的金属、半导体和绝缘体等材料代替昂贵的稀有金属。
加工工艺方面，研究者们通过改变热电器件的加工工艺来降低其成本，例如采用低成本的常规加工工艺代替昂贵的专用加工工艺。
装配工艺方面，研究者们通过改进热电器件的装配工艺来降低其成本，例如采用快速装配工艺和自动化装配设备等。
展望未来，热电器件的优化设计仍然是一个具有挑战性的问题。
研究者们可以进一步探索新型的热电材料、结构和工艺，通过多学科的交叉研究来提高热电器件的性能。
研究者们也可以将热电器件与其他能源转换装置相结合，通过协同作用来提高能源转换效率。
研究者们还可以将热电器件应用于更广泛的领域，例如汽车、航空航天和电子设备等，以实现绿色、可持续的能源供应。
热电器件的优化设计研究具有巨大的发展潜力，未来将会迎来更多的突破和创新。
微型加热器技术研究及应用
微型加热器技术研究及应用第一章：引言微型加热器是一种具有广泛应用前景的新型技术。
它不仅可用于制造各类微型设备，而且还可应用于医疗、环保以及纳米技术等领域。
本文将针对微型加热器技术进行研究与探讨，旨在为相关领域的科研人员提供一定的参考与帮助。
第二章：微型加热器基本原理微型加热器是一种电热转化设备，其基本原理就是将电能转化为热能，使微型加热器环境中的温度升高。
常见的微型加热器有电阻式加热器、热敏电阻式加热器、热电偶式加热器等。
其中，电阻式加热器是目前应用最为广泛的微型加热器之一，其原理是通过电阻发热，使加热器的表面温度升高。
热敏电阻式加热器的原理则是利用热敏电阻材料的电学性质对设备进行加热控制。
热电偶式加热器则是将两个金属接触后产生的热电势转换为温度信号，通过控制电流大小与方向来实现加热。
第三章：微型加热器的制造方法微型加热器的制造方法有很多种，在不同的应用场景下选择不同的制造方法，能够使加热器的性能更为优良。
常用的制造方法包括印刷电路板法、微细加工法、微流控制法、纳米制造法等。
其中，印刷电路板法是目前最常用的微型加热器制造方法之一，它不仅能满足大规模生产的需求，而且还能制造出具有良好性能的微型加热器。
而微细加工法是一种新兴的微型加热器制造方法，通过控制微细加工的尺度，可以制造出更为精细的微型加热器。
微流控制法则是一种全新的微型加热器制造方法，它可以通过微流控制的方式来实现微型加热器的制造。
而纳米制造法则是利用纳米尺度下的物性特性来制造微型加热器，具有极高的制造精度和性能优越的特点。
第四章：微型加热器的应用及展望微型加热器具有广泛的应用前景，在各个领域中都有着非常显著的应用价值。
其中，最大的应用前景之一是微型设备的制造。
随着微型设备技术的发展，微型加热器的应用范围将会越来越广泛。
此外，在医疗领域中，微型加热器可以用于制造热敏治疗设备、麻醉毒品加热器以及热疗设备等。
在环保领域中，微型加热器可以应用于制造灰尘捕集器、燃气传感器以及空气净化器，有效地提高了相关设备的效率与精度。
平面型微型超级电容器研究进展
平面型微型超级电容器研究进展摘要：微型超级电容器是一种以微纳米结构形式实现储能的微型能量存储器件，具有高功率密度、长寿命和宽工作温度范围等特点，其作为一种微型电源器件在微型机器人、微型传感器、可植入式医疗器件以及微型无线射频标签等微型功能电子器件领域具有广阔应用前景。
本论文分析了超级电容器的基本原理和种类，从材料、结构设计、电解液等方面分析了影响超级电容器性能的因素，系统综述了微型超级电容器的国内外研究现状，重点讨论了现今先进的平面型微型超级电容器制造方法和优势，并展望了其未来的发展趋势和应用需求。
1引言：超级电容器, 又名电化学电容器，作为一种新型能量存储器件，在近年来受到科研人员的极大关注 [1-13]。
根据储能机制以及电极材料的不同，超级电容器可以分为三大类：（1）通过在电极/电解液表面的电荷分离储存能量的双电层超级电容器；（2）利用电极材料表面可逆快速氧化还原反应储存能量的赝电容超级电容器；（3）以及包含了上述两种储能机制的混合超级电容 [14-17]。
由于两种储能机制都不涉及电极活性材料内部的离子迁移，使得超级电容器具有快速的充放电速率，可以获得远高于传统锂离子电池的功率密度(高达10000瓦每千克)。
尽管其能量密度低于传统锂离子电池，但仍旧可以提供比传统电容器高出两个数量级的能量密度（10瓦时每千克）。
因此，其作为具有介于传统锂离子电池和传统超级电容器之间的性能的储能器件（图1），被广泛应用于便携式电子器件、电动汽车、以及航空航天和国防科技等领域。
而近年来，随着微型电子功能器件（例如微型机器人、微型传感器、可植入式医疗器件以及微型无线射频标签等）的快速发展，对微型供能器件产生了巨大的需求[18-20]。
而传统超级电容器较大的体积严重制约着其在微型电子功能器件领域的应用，因此，设计和制备可与微型电子功能器件直接集成的微型超级电容器成为近年来的研究热点 [21-25]。
图1以能量密度为横坐标，以功率密度为纵坐标，包含各种储能器件的Ragone 图。
热电器件优化设计研究现状及展望
热电器件优化设计研究现状及展望热电器件是一种能将热能直接转化为电能的器件，具有广泛的应用前景。
热电器件的优化设计研究旨在提高其能量转换效率，降低制造成本，提高稳定性和可靠性。
本文将就热电器件优化设计的研究现状进行综述，并展望未来的研究方向。
热电器件的优化设计研究主要分为两个方面：材料性能优化和结构设计优化。
材料性能优化主要是选用高性能的热电材料，提高其热电性能，如提高Seebeck系数和降低电阻率。
常见的热电材料包括铋碲化物、硫化物、硒化物和氧化物等。
结构设计优化主要是通过优化热电器件的结构参数，提高其能量转换效率。
常见的结构设计优化方法包括优化热电模块结构、选择适当的热散尺寸和热散材料等。
目前，热电器件的优化设计研究已取得了一定的进展。
在材料性能优化方面，研究人员通过合金化、晶格工程和纳米结构调控等方法，成功地提高了热电材料的性能。
通过合金化改善铋碲化物的热电性能；通过晶格工程提高硫化物和硒化物的热电性能。
在结构设计优化方面，研究人员通过优化热电模块的结构参数，提高了热电器件的能量转换效率。
通过优化热电模块的层数和电极间距，提高了热电器件的输出功率。
热电器件的优化设计研究仍面临一些挑战和问题。
热电材料的性能仍有待进一步提高。
虽然已取得了一定的进展，但热电材料的能量转换效率仍较低，限制了热电器件的实际应用。
热电器件的制造成本较高，制约了其大规模应用。
热电材料的制备方法和工艺也有待进一步研发和改进。
热电器件的稳定性和可靠性也是研究的重点之一。
由于热电器件工作环境的复杂性，如温度和湿度的变化，热电器件面临着较大的稳定性和可靠性挑战。
如何提高热电器件的稳定性和可靠性也是研究的重点之一。
展望未来，热电器件的优化设计研究将继续发展。
热电材料的研究将聚焦在开发高性能的热电材料，如新型纳米材料和复合材料等。
这些材料具有较高的Seebeck系数、较低的电阻率和较高的热导率，有望提高热电器件的能量转换效率。
热电器件的结构设计将更趋于专业化和个性化。
一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法
一种基于飞秒激光技术制造微型热电器件的方法
近年来，随着科技的发展，各种新技术不断引进，也带来了巨大的发展机遇。
其中，飞秒激光技术是目前最成熟的技术之一，在制造微型热电器件方面也发挥了重要作用。
本文将主要介绍以飞秒激光技术制造微型热电器件的方法。
首先，我们需要明确什么是微型热电器件，它是指一种小的、轻的电子元件，它可以用来对系统进行控制，可以实现热量转换，从而达到控制系统温度的目的。
微型热电器件的生产方法有很多，但是其中采用飞秒激光技术制造的方法得到了广泛的应用。
该技术通过激光束来切割材料，以满足生产微型电子元件的需求。
此外，该技术可以实现多样化加工，能够对各种不同材质的材料进行准确的加工，能够制造出质量更高、性能更好的微型热电器件。
与其他加工方法相比，采用飞秒激光技术制造的微型热电器件的优点在于：
1、可以高精度地切割，降低了加工过程中的误差；
2、操作简便，不需要复杂的工具，而且噪音小;
3、比传统制造方式更快更安全，可以更快速生产出更高质量的微型热电器件；
4、加工中无毒、无害，没有任何污染；
5、可以实现更复杂的加工方式，满足各种不同规格的制造要求；
6、成本低廉，是传统制造方式的最佳替代方案。
总之，应用飞秒激光技术制造的微型热电器件具有良好的性能以及制造精度，并且由于其制造过程更加简单、安全、成本低廉，因此它已经成为微型热电器件的完善解决方案。
综上，以飞秒激光技术制造微型热电器件具有较高的精度、安全性、成本效益等优点，且可以实现较快速度生产出更高质量的微型热电器件，因此受到了广泛的应用。
未来，飞秒激光技术将继续在微型热电器件制造领域发挥重要作用。
热电器件优化设计研究现状及展望
热电器件优化设计研究现状及展望摘要：本文对热电器件优化设计的相关研究做了综合性的介绍。
热电器件具有无可动部件、稳定性高、可靠性好等优点，而热电器件优化设计有望改善其效率不高的局限性，因而相关的研究在近年来得到了迅速发展。
本篇文章对热电器件优化设计——两级热电发电机、两级热电制冷器的几何参数优化为例做了介绍，并对其中采用的优化方法做了说明。
结合现阶段热电器件优化设计研究的进展，给出了对于热电器件优化设计研究主题的展望，为今后考虑特定场合与复杂工况下热电器件的优化设计提供参考。
关键词：热电器件;优化;热电发电机;热电制冷器一、绪论热电器件具有固态能量转换器的特点，通常可以被分为两类：半导体热电发电机基于塞贝克效应将热能转化成电能，半导体热电制冷器基于珀耳帖效应将电能用于制冷。
由于基于半导体材料特性的能量转换不需要流动介质或可动部件，这使得热电器件相比传统的发电、制冷系统具有更好的可靠性和稳定性，有很好地研究前景。
[1]热电器件的性能与半导体热电材料的发展密切相关，许多研究人员关注热电材料的物理特性和热电器件的制造技术以提高热电器件的能量转换性能。
然而除了热电材料和模块的改进之外，热电器件的优化设计对于提高其性能同样重要。
为了改善热电器件能量转换效率不高的局限性，有关热电器件优化设计的研究在近年来得到了迅速发展。
二、当前研究现状近五年来，结合优化算法对热电器件设计进行多参数优化的研究工作被公开。
由于优化过程对于热电器件性能分析的准确度有较高的要求，因此相关研究多采取变物性三维耦合模型以提高性能预测精度。
几个代表性的热电参数优化研究的介绍与分析如下。
（1）两级热电发电机（TEC）几何优化。
Liu等采用简化共轭梯度法（SCGM）结合三维数值模拟，以采用BiTe半导体材料的两级热电发电机为研究对象。
[2]优化半导体腿长比和半导体横截面积比。
相比优化前，输出功率与发电效率分别提升了42.9% 与31.4%。
（2）两级热电制冷器（TEC）几何优化。
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ｃ ｙ ｔ１ 。 ｒ ｓａ）
热 电器件 与其它发 电或制冷 器件 相 比有 很多 自身 的优点 。 半导体热 电器 件的工质是在 固体 中传 导的电子 ， 无工 质泄漏 ， 无
种新 的磁 现象 ， 即赛 贝克效应 。十几年后的 １ ３ ８ ５年珀耳帖发 现 了珀耳帖效应 。１ ５ 年 汤姆 逊 （ ｌａ ｈ ｍｓｎ 建立 了赛 贝 ８１ ｗｉｉｎＴ ｏ ｏ ） ｌ 克效应 和珀耳帖效应之间 的的关 系 ， 同时还 预测 了第 ３种热 电 效应—— 汤姆 逊效应 。１ ０ 阿尔坦 卡琪 （ ｔｎ ｉ ｈ 正确 推 ９９年 Ａｌ ｋｒ ） ｅ ｃ 导出了热 电发 电时的优值 系数 （ｉ ｒ－ｆ ｒ ）发 现有 良好发 ｆ ｕｅ － ｉ ， ｇ ｏ ｍｅ ｔ 电性能 的热 电材料 有大的赛贝克 系数 （ ）高 的电导率 和低 的 ｓ， 热导率 ． ｃ 。他所 定义的优值 系数 ， ｚ—Ｓ 艿 ． 直成 为衡 量热 电 。／ 一 ｃ 材料效率 的一个 量 尺。１ ４ ９９年前 苏联 科学 家 约飞 （ｏｆ） Ｉｆ 对半 ｅ 导体热 电材料进行 了广 泛 的研 究 ， 发现 有 良好 发 电和制 冷性 能 的热 电材料是掺杂 的半 导体材料而非金属材料 。这一发现开启
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维普资讯
微 型热 电器件 研 究进展 ／ 向阳等 刘
・５ ・
微 型 热 电 器 件 研 究 进 展
刘 向 阳 ，任 山 ，闻 立 时
（ 中山大学光 电材料与技术 国家重点实验 室纳米技 术研究 中心 ， 广州 ５ ０ ７ ） １ ２ ５
摘要 历经 了 ３ Ｏ年的低谷期后 ， 随着新 型热 电材料 的 出现及 增大材 料优 值 系数 Ｚ 伴 Ｔ新 思路 的提 出， 电材 热
Ａｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ来自Ａｆｅ ｈ ｅ ｅａ ｅ ｆｌｗ－ｅ ｅ ｃｉｉｙ ｈ ｉｌ ｆｄｒ ｃ ｈ ｒ ｅｅ ｔｉ ｏ ｖ ｒｉｎ ｈ ｓｗｉ ｅ ｓ ｄ ｔｒｔ ｒｅｄ ｃｄ ｓｏ ｏ ｌｖ ｌ ｔｖｔ ．ｔｅｆ ｄｏ ｉｅ ｔｔｅ ｍｏ ｌｃｒｃｃ ｎ ｅ ｓｏ ａ ｔ ｓ ｅ ａ ｅ ｎ
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关 键 词 热 电制冷 器件 热电发电器件 优值系数 微型热 电器件 薄膜热 电器件 中图分类号 ： ＴＮ３ ３ ３ Ｏ．Ｏ
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０ 前言
１ ２ 年赛 贝克（ ｏ ｏ ａｎＳ ｅｅｋ 发 表论 文描述 了一 ８１ Ｔｈ ｍｓ ｈ ｎ ｅｂ ｃ） Ｊ
电材 料 和 声 子 玻 璃 电子 晶 体 （ ＧＥ ｐ ｏｏ －ｌｓ ｌｃ ｏ－ Ｐ Ｇ， ｈ ｎ ｎｇａｓｅ ｔ ｎ ｅｒ
料 和器件 这一研 究领域 开始 了复兴。 由于 自身的诸 多优 点 ， 型热 电器件 已成为该 领域 的研 究热 点。作为新 型的 热 微 电器件 ， 微型 热电器件在 发 电、 冷和传感 器等领域 获得 了重要 应用 。综述 了微型 热 电器件 在应 用、 制 结构和制备技 术
方 面 的研 究 进展 。
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