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通过掺杂Cu、Sb等， 能够使材料在室温情 况下的ZT值达到1.5 。
Bi2Te3晶体结构（● ：Te；● ：Bi）
中温热电,PbTe材料已 经比较成熟。
N型PbTe的热电性能 较好，但是P型PbTe 的性能并不理想。目 前研究难点在P型材料。
具有方钴矿结构的 CoSb3 类材料是中温 热电材料的新型代表。
wk.baidu.com
四、提高材料热电优值的方法
1、元素掺杂 材料的塞贝克系数、电导率、热导率
都是和载流子浓度相关的函数，很难独立 改变。通过对性能比较优异的热电材料进 行掺杂，可以改善材料本身的载流子浓度 和迁移率，从而提高热电优值。
2、低维化
材料的低维化有助于降低材料的热导 率，能有效的提高材料的热电性能。因为 改变材料的量子结构能够明显的改变材料 的性质。例如：费米能级处态密度增大会 导致塞贝克系数增加。
▪ 热电材料的发展 ▪ 热电转化的理论基础 ▪ 热电材料的分类 ▪ 提高材料性能的主要方法 ▪ 热电材料的应用范围 ▪ 总结
一、热电材料的发展
热电材料起源于19世纪30年代，由于 当时主要是金属材料，所以研究进展相当 缓慢。到了20世纪30年代，半导体材料的 出现，热电材料的研究再次引起人们的关 注。接下来的几十年，人么不断发现合成 新的热电材料，并逐渐在发电、制冷等领 域取得技术性突破，并开始商业化发展。 现在，热电材料已经成为人们研究的重点 之一。
典型代表为NaCo2O4化合物。 NaCo2O4的 ZT值在900K时达到0.72。
▪ 5、功能梯度材料(FGM)
功能梯度热电材料有两种。一种是载流子 浓度梯度热电材料；另一种是分段复合梯 度热电材料。
梯度热电材料的每层之间只有真正实现连 续过渡，才能消除梯度层之间的界面，对 于分段的FGM，各个单体材料一般通过插 人过渡层的方法来避免或减少因结合界面 的存在引起的电导率下降及热导率升高等 问题，因此发展材料的制备技术是研制梯 度热电材料的关键。
二、热电转化的理论基础
▪ 1821年塞贝克通过研究不同导体组成的回 路发现了塞贝克效应。
▪ 1834年帕尔贴在塞贝克效应的基础上发现 了帕尔贴效应。
▪ 1854年汤姆逊将塞贝克效应和帕尔贴效应 相结合，通过实验和理论分析，提出了汤 姆逊效应。
▪ 1.塞贝克效应
塞贝克效应又称作第 一热电效应，它是指
▪ 高温热电材料， 以SiGe 为代表。
▪ 适当提高Si含量可以有三 方面的优势：降低了材料 的热导率，且合金具有较 大的塞贝克系数；提高的 载流子浓度；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。
▪ 这种材料在1000K时的ZT 值能够达到1 。
2、根据材料的结构和成分
▪ 1、半导体金属合金型热电材料
方钴矿是一类通式为AB3的化合物（其中A是金 属元素，如Ir、Co、Rh、Fe等；B是V族元素， 如As、Sb、P等）。 其中，CoSb3的热性能相比 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。
▪ 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。
目前主要的技术手段有真空蒸发镀膜 法、离子束外延法、金属有机化合物气相 沉积法等。
这类材料以Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ族及稀土元素为主， 主要是金属化合物及其固溶体合金如 Bi2Te3/Sb2Te3、PbTe、SiGe等,这些材料 都可以通过掺杂分别制成p型和n型材料。
这些材料制备条件要求较高,需在一定的气 体保护下进行,不适于在高温下工作，含有 对人体有害的重金属。
▪ 2、方钴矿(Skutterudite)热电材料
热电材料的发展现状及应用
报告人：高大永
前言
在当今时代，环保和节能已经成为时 代的主题。如何开发新的绿色能源，如何 更好的做到低功耗，如何更好的保护环境 又不影响人类的发展，成为研究的重点。 热电转化器件，因为具有环保、能源回收 等多种优点，越来越受到人们的重视，成 为当今人们研究的热点之一。
报告内容
ZT S 2 T
式中S为材料的热电系数，即塞贝克系数，σ为 材料的电导率， 为 材料的热导率。
三、热电材料的分类
▪ 1、根据材料的使用范围 ▪ 2、根据材料自身的组成成分
和结构特点
1、根据材料的应用范围
室温热电材料：Bi-Te 系列半导体材料具有 良好的室温热电性能,
在室温情况下ZT值接 近1。
汤姆逊效应：当电流在温度梯度的单 一导体中流过时，导体除产生不可逆的焦 耳热之外，还要吸收或放出一定的热量 （称为汤姆孙热）。或者反过来，当一根 金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会 形成电势差。
如何确定材料热电性能的好坏
▪ 热电材料的热电转换效率可用无量纲热电优值 ZT来表征，ZT越大, 材料的热电性能越好。
▪ 6、低维热电材料
理论研究及实验结果都表明，降低材料维数 可以提高热电材料的ZT值。原因在于降低维数:(1) 提高了费米能级附近的态密度，从而提高了塞贝 克系数;(2) 提高了载流子的迁移率;(3) 增加了势 阱壁表面声子的边界散射，降低了晶格热导率 。
主要包括：超晶格热电材料 、纳米复合 热电材料 等。
在两种金属A和B组成 的回路中，如果使两 个端点的温度不同， 会产生电动势。若存 在回路，在回路中将 出现电流，。
▪ 2.帕尔帖效应
帕尔帖效应，又称第 二热电效应，是指当 电流通过A 、B两种导 体组成的接触点时， 除了因为电流流经电 路而产生的焦耳热外， 还会在接触点产生吸 热或放热的现象。
▪ 3.汤姆逊效应
人们研究较多的是具有半导体特征的FeSi3, 它具有高抗氧化性、无毒、价格低廉等优 点。此外,通过向FeSi3中掺入不同杂质,可 制成P型或N型半导体,是适合于在200— 900℃温度范围内工作的热电材料 。
▪ 4氧化物型热电材料
氧化物型热电材料的特点是可以在氧化气 氛里高温下长期工作,大多数无毒性、无环 境污染,且制备简单,制样时在空气中可直接 烧结,无需抽真空,成本费用低,因而备受人 们的关注 。
Bi2Te3晶体结构（● ：Te；● ：Bi）
中温热电,PbTe材料已 经比较成熟。
N型PbTe的热电性能 较好，但是P型PbTe 的性能并不理想。目 前研究难点在P型材料。
具有方钴矿结构的 CoSb3 类材料是中温 热电材料的新型代表。
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四、提高材料热电优值的方法
1、元素掺杂 材料的塞贝克系数、电导率、热导率
都是和载流子浓度相关的函数，很难独立 改变。通过对性能比较优异的热电材料进 行掺杂，可以改善材料本身的载流子浓度 和迁移率，从而提高热电优值。
2、低维化
材料的低维化有助于降低材料的热导 率，能有效的提高材料的热电性能。因为 改变材料的量子结构能够明显的改变材料 的性质。例如：费米能级处态密度增大会 导致塞贝克系数增加。
▪ 热电材料的发展 ▪ 热电转化的理论基础 ▪ 热电材料的分类 ▪ 提高材料性能的主要方法 ▪ 热电材料的应用范围 ▪ 总结
一、热电材料的发展
热电材料起源于19世纪30年代，由于 当时主要是金属材料，所以研究进展相当 缓慢。到了20世纪30年代，半导体材料的 出现，热电材料的研究再次引起人们的关 注。接下来的几十年，人么不断发现合成 新的热电材料，并逐渐在发电、制冷等领 域取得技术性突破，并开始商业化发展。 现在，热电材料已经成为人们研究的重点 之一。
典型代表为NaCo2O4化合物。 NaCo2O4的 ZT值在900K时达到0.72。
▪ 5、功能梯度材料(FGM)
功能梯度热电材料有两种。一种是载流子 浓度梯度热电材料；另一种是分段复合梯 度热电材料。
梯度热电材料的每层之间只有真正实现连 续过渡，才能消除梯度层之间的界面，对 于分段的FGM，各个单体材料一般通过插 人过渡层的方法来避免或减少因结合界面 的存在引起的电导率下降及热导率升高等 问题，因此发展材料的制备技术是研制梯 度热电材料的关键。
二、热电转化的理论基础
▪ 1821年塞贝克通过研究不同导体组成的回 路发现了塞贝克效应。
▪ 1834年帕尔贴在塞贝克效应的基础上发现 了帕尔贴效应。
▪ 1854年汤姆逊将塞贝克效应和帕尔贴效应 相结合，通过实验和理论分析，提出了汤 姆逊效应。
▪ 1.塞贝克效应
塞贝克效应又称作第 一热电效应，它是指
▪ 高温热电材料， 以SiGe 为代表。
▪ 适当提高Si含量可以有三 方面的优势：降低了材料 的热导率，且合金具有较 大的塞贝克系数；提高的 载流子浓度；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。
▪ 这种材料在1000K时的ZT 值能够达到1 。
2、根据材料的结构和成分
▪ 1、半导体金属合金型热电材料
方钴矿是一类通式为AB3的化合物（其中A是金 属元素，如Ir、Co、Rh、Fe等；B是V族元素， 如As、Sb、P等）。 其中，CoSb3的热性能相比 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。
▪ 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。
目前主要的技术手段有真空蒸发镀膜 法、离子束外延法、金属有机化合物气相 沉积法等。
这类材料以Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ族及稀土元素为主， 主要是金属化合物及其固溶体合金如 Bi2Te3/Sb2Te3、PbTe、SiGe等,这些材料 都可以通过掺杂分别制成p型和n型材料。
这些材料制备条件要求较高,需在一定的气 体保护下进行,不适于在高温下工作，含有 对人体有害的重金属。
▪ 2、方钴矿(Skutterudite)热电材料
热电材料的发展现状及应用
报告人：高大永
前言
在当今时代，环保和节能已经成为时 代的主题。如何开发新的绿色能源，如何 更好的做到低功耗，如何更好的保护环境 又不影响人类的发展，成为研究的重点。 热电转化器件，因为具有环保、能源回收 等多种优点，越来越受到人们的重视，成 为当今人们研究的热点之一。
报告内容
ZT S 2 T
式中S为材料的热电系数，即塞贝克系数，σ为 材料的电导率， 为 材料的热导率。
三、热电材料的分类
▪ 1、根据材料的使用范围 ▪ 2、根据材料自身的组成成分
和结构特点
1、根据材料的应用范围
室温热电材料：Bi-Te 系列半导体材料具有 良好的室温热电性能,
在室温情况下ZT值接 近1。
汤姆逊效应：当电流在温度梯度的单 一导体中流过时，导体除产生不可逆的焦 耳热之外，还要吸收或放出一定的热量 （称为汤姆孙热）。或者反过来，当一根 金属棒的两端温度不同时，金属棒两端会 形成电势差。
如何确定材料热电性能的好坏
▪ 热电材料的热电转换效率可用无量纲热电优值 ZT来表征，ZT越大, 材料的热电性能越好。
▪ 6、低维热电材料
理论研究及实验结果都表明，降低材料维数 可以提高热电材料的ZT值。原因在于降低维数:(1) 提高了费米能级附近的态密度，从而提高了塞贝 克系数;(2) 提高了载流子的迁移率;(3) 增加了势 阱壁表面声子的边界散射，降低了晶格热导率 。
主要包括：超晶格热电材料 、纳米复合 热电材料 等。
在两种金属A和B组成 的回路中，如果使两 个端点的温度不同， 会产生电动势。若存 在回路，在回路中将 出现电流，。
▪ 2.帕尔帖效应
帕尔帖效应，又称第 二热电效应，是指当 电流通过A 、B两种导 体组成的接触点时， 除了因为电流流经电 路而产生的焦耳热外， 还会在接触点产生吸 热或放热的现象。
▪ 3.汤姆逊效应
人们研究较多的是具有半导体特征的FeSi3, 它具有高抗氧化性、无毒、价格低廉等优 点。此外,通过向FeSi3中掺入不同杂质,可 制成P型或N型半导体,是适合于在200— 900℃温度范围内工作的热电材料 。
▪ 4氧化物型热电材料
氧化物型热电材料的特点是可以在氧化气 氛里高温下长期工作,大多数无毒性、无环 境污染,且制备简单,制样时在空气中可直接 烧结,无需抽真空,成本费用低,因而备受人 们的关注 。