中温废热发热电材料及应用的研究 开题
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学以及晶体生长N理ano论Le等tter方s ,2面00对8,8:所128观6-1察290到（的200现8年象3月进26行日）了分析。
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所张文清研究员带领的课题组，通 过与本所陈立东研究员的课题组和美国通用汽车公司杨继辉博士的实 验小组合作，在 half-Heusler 材料热电性能预测方面取得了重要进展。
研究背景及意义
--热电材料发展现状
最近，中科院固体所李广海研究员的课题组通过实时 电量控制方法， 生长出小周期的Bi/BiSb超晶格纳米线，观察到了不同的生长模式，如
over Growth Process of Electrodepo 平面生长模式、X斜incu面n D生ou长, Gu模an式gha及i Li曲, He面cha生ng长Lei模. Ki式net。ic v他ersu们s T从her热mo力dyn学am、ic C动on力trol
解决方案—
节能，“绿色能源” (目前 在能源架构中比重达 15%-
20%)
联合热电—
普通发电厂的能源效率只 有35％，而多达65％的能 源都作为热白白浪费掉了。 联合热电就要将这部分热 用来发电或者为工业和家 庭供热，因此可使能源利 用率提高到85％以上，大 大节约了初级能源。
研究背景及意义
--热电材料
硕士开题报告答辩
晶格复合型热电材料的研究
内容概要
wk.baidu.com
1
研究背景及意义
2
研究内容和方案
3
创新点和难点
4
已完成的工作
5
进度安排
研究背景及意义
能源危机—
--能源危机
地球上可供人类开采 的原油储藏时间不超 过95年。在2050年到 来之前，世界经济的 发展将越来越多地依 赖煤炭。其后在2250
到2500年之间，煤炭 也将消耗殆尽，矿物 燃料供应枯竭。
极薄的不同材料的半导体单晶薄膜周期性地交替生长 而成的多层异质结构。
与块体热电材料的区别
（1）存在许多界面的周期性。 （2）存在许多结构的周期性。
半导体超晶格的层状结构 白圈和灰圈代表两种材料的原子
增加费米能级附近状态密度，从而导致 Seebeck系数的增大；
增加声子散射，同时又并不显著地增加表面的电子散射，从而在降低材料 的热导率的同时并不使材料的电导率降低。
热电元件。元件由-（2基008于年3p月型20B日i）xSb2-xTe3微结晶的块状材料构Sc成ienc。e ,此200次8,3的20:634-638 高ZT 值“是通过大幅降低取决于高强度声子散射的导热率而实现的。
丹麦奥尔胡斯大学、丹麦瑞索国家实验室和丹麦哥本哈根大学的研究人 员发现了有关热电M材oge料ns的Chr新iste数nse据n, A。sg他er B们. A的bra研ham究se对n, N象iels是B.一Ch种rist拥ens有en,笼et a状l. A纳voi米ded
中温区
300℃以下
Bi 2Te3 Sb 2Te3 Bi 2Se3 Sb 2Se3 HgTe ZnSb 等
300-600℃
PbTe SbTe Bi(SiSb 2) Bi 2(GeSe)3等
高温区
600-1000℃
SiGe MnTe MnSi 1.7 FeSi2 Ce0.3Si 0.7等
研究背景及意义
直接
热电材料： 热能
静态
电能
Peltier 效应 Seebeck 效应 热电效应
Thomson 效应
研究背景及意义
--热电材料的应用领域
利用低品位能发电—
汽车尾气、工厂废热
制冷、制热系统—
温差制冷或保温冰箱
小型发电装置—
气体传感器，心脏 起搏器，温差发电 手表等
研究背景及意义
--热电材料的分类
低温区
内容概要
1
研究背景及意义
2
研究内容和方案
3
创新点和难点
4
已完成的工作
5
进度安排
研究内容和方案
--研究目的
? 研究目的： 根据实验室现有的条件制备出 高性能的热电材料
States[J]. 热电转换材料的效率只S有cie7nc%e至,3281%:5。54-557
美国麻省理工学院（MIT ）、美国波士顿学院、中国南京大学以及美
Structured Bismuth Antimony Telluride 国大学的风险企业Bed--P美oud国el,GZhMifeZngERenne,regt yal. 联Hig合h-T开herm发oe出lec了tricZPeTrf等orm于anc1e.4of的Na高no效
Jiong Yang, Huanming Li, Ting Wu, 该工作通过第一原理计算结合玻尔兹曼电输运理论，对价电子数等于
18的30多种half-AdHveauncseldeFrun化ctio合nal物Ma的ter电ials子，结Vo构lum及e 1塞8 Is贝sue克19系, P数age、s 2电880导- 2率888以 及功率因子等输运参数进行了系统研究 。
研究背景及意义
--热电材料发展现状
近日，日本大阪大学教授山中伸介和美国俄亥俄州立大学同行合作， 使用铅和稀有元Jo素sep碲h P的. H化ere合ma物ns,并Sh添insu加ke少Yam量an铊aka进, G行. Je了ffre实y S验nyd。er,他et.a们l. E开nha发nc出ement 的新材料在500℃of T左he右rmo的ele温ctri度c E下ffici热enc电y in转Pb换Te 效by D率ist达ortio到n o百f th分eEl之ectr十oni几c D，ens而ity o常f 规
晶体结构的热电材c料r（ocslasthirnategs ）o，f通ra过t将tl重e原r子m置o于d每e个Nast纳ure米iMna笼ter，itahls ,2e00r8,7m: oelec
就可以降低晶体的81热1-8导15 率（2。008实年验8月中31日研）究者采用了中子衍射的方法观察材 料中的原子运动情况 。
--常见的热电材料
Bi1-xSbx材料
六方结构的无限固溶体
Bi2Te3材料
三角晶系，晶胞内原子数 15个
b-Zn 4Sb 3 材料
分类
准晶材料
比较脆，具有五重对称性
金属硅化物
FeSi2、MnSi 2、CrSi 2等
氧化物材料
如钙钛矿材料CaTiO3
研究背景及意义
--超晶格热电材料
定义： 超晶格是一种新型结构的半导体化合物，它是由两种
近日，中国科学院上海硅酸盐研究所张文清研究员带领的课题组，通 过与本所陈立东研究员的课题组和美国通用汽车公司杨继辉博士的实 验小组合作，在 half-Heusler 材料热电性能预测方面取得了重要进展。
研究背景及意义
--热电材料发展现状
最近，中科院固体所李广海研究员的课题组通过实时 电量控制方法， 生长出小周期的Bi/BiSb超晶格纳米线，观察到了不同的生长模式，如
over Growth Process of Electrodepo 平面生长模式、X斜incu面n D生ou长, Gu模an式gha及i Li曲, He面cha生ng长Lei模. Ki式net。ic v他ersu们s T从her热mo力dyn学am、ic C动on力trol
解决方案—
节能，“绿色能源” (目前 在能源架构中比重达 15%-
20%)
联合热电—
普通发电厂的能源效率只 有35％，而多达65％的能 源都作为热白白浪费掉了。 联合热电就要将这部分热 用来发电或者为工业和家 庭供热，因此可使能源利 用率提高到85％以上，大 大节约了初级能源。
研究背景及意义
--热电材料
硕士开题报告答辩
晶格复合型热电材料的研究
内容概要
wk.baidu.com
1
研究背景及意义
2
研究内容和方案
3
创新点和难点
4
已完成的工作
5
进度安排
研究背景及意义
能源危机—
--能源危机
地球上可供人类开采 的原油储藏时间不超 过95年。在2050年到 来之前，世界经济的 发展将越来越多地依 赖煤炭。其后在2250
到2500年之间，煤炭 也将消耗殆尽，矿物 燃料供应枯竭。
极薄的不同材料的半导体单晶薄膜周期性地交替生长 而成的多层异质结构。
与块体热电材料的区别
（1）存在许多界面的周期性。 （2）存在许多结构的周期性。
半导体超晶格的层状结构 白圈和灰圈代表两种材料的原子
增加费米能级附近状态密度，从而导致 Seebeck系数的增大；
增加声子散射，同时又并不显著地增加表面的电子散射，从而在降低材料 的热导率的同时并不使材料的电导率降低。
热电元件。元件由-（2基008于年3p月型20B日i）xSb2-xTe3微结晶的块状材料构Sc成ienc。e ,此200次8,3的20:634-638 高ZT 值“是通过大幅降低取决于高强度声子散射的导热率而实现的。
丹麦奥尔胡斯大学、丹麦瑞索国家实验室和丹麦哥本哈根大学的研究人 员发现了有关热电M材oge料ns的Chr新iste数nse据n, A。sg他er B们. A的bra研ham究se对n, N象iels是B.一Ch种rist拥ens有en,笼et a状l. A纳voi米ded
中温区
300℃以下
Bi 2Te3 Sb 2Te3 Bi 2Se3 Sb 2Se3 HgTe ZnSb 等
300-600℃
PbTe SbTe Bi(SiSb 2) Bi 2(GeSe)3等
高温区
600-1000℃
SiGe MnTe MnSi 1.7 FeSi2 Ce0.3Si 0.7等
研究背景及意义
直接
热电材料： 热能
静态
电能
Peltier 效应 Seebeck 效应 热电效应
Thomson 效应
研究背景及意义
--热电材料的应用领域
利用低品位能发电—
汽车尾气、工厂废热
制冷、制热系统—
温差制冷或保温冰箱
小型发电装置—
气体传感器，心脏 起搏器，温差发电 手表等
研究背景及意义
--热电材料的分类
低温区
内容概要
1
研究背景及意义
2
研究内容和方案
3
创新点和难点
4
已完成的工作
5
进度安排
研究内容和方案
--研究目的
? 研究目的： 根据实验室现有的条件制备出 高性能的热电材料
States[J]. 热电转换材料的效率只S有cie7nc%e至,3281%:5。54-557
美国麻省理工学院（MIT ）、美国波士顿学院、中国南京大学以及美
Structured Bismuth Antimony Telluride 国大学的风险企业Bed--P美oud国el,GZhMifeZngERenne,regt yal. 联Hig合h-T开herm发oe出lec了tricZPeTrf等orm于anc1e.4of的Na高no效
Jiong Yang, Huanming Li, Ting Wu, 该工作通过第一原理计算结合玻尔兹曼电输运理论，对价电子数等于
18的30多种half-AdHveauncseldeFrun化ctio合nal物Ma的ter电ials子，结Vo构lum及e 1塞8 Is贝sue克19系, P数age、s 2电880导- 2率888以 及功率因子等输运参数进行了系统研究 。
研究背景及意义
--热电材料发展现状
近日，日本大阪大学教授山中伸介和美国俄亥俄州立大学同行合作， 使用铅和稀有元Jo素sep碲h P的. H化ere合ma物ns,并Sh添insu加ke少Yam量an铊aka进, G行. Je了ffre实y S验nyd。er,他et.a们l. E开nha发nc出ement 的新材料在500℃of T左he右rmo的ele温ctri度c E下ffici热enc电y in转Pb换Te 效by D率ist达ortio到n o百f th分eEl之ectr十oni几c D，ens而ity o常f 规
晶体结构的热电材c料r（ocslasthirnategs ）o，f通ra过t将tl重e原r子m置o于d每e个Nast纳ure米iMna笼ter，itahls ,2e00r8,7m: oelec
就可以降低晶体的81热1-8导15 率（2。008实年验8月中31日研）究者采用了中子衍射的方法观察材 料中的原子运动情况 。
--常见的热电材料
Bi1-xSbx材料
六方结构的无限固溶体
Bi2Te3材料
三角晶系，晶胞内原子数 15个
b-Zn 4Sb 3 材料
分类
准晶材料
比较脆，具有五重对称性
金属硅化物
FeSi2、MnSi 2、CrSi 2等
氧化物材料
如钙钛矿材料CaTiO3
研究背景及意义
--超晶格热电材料
定义： 超晶格是一种新型结构的半导体化合物，它是由两种