P型SnTe基热电材料的电声输运及性能优化
国外snte基热电材料研究现状
国外snte基热电材料研究现状热电材料是一种具有特殊性质的材料，可以将热能转化为电能或者将电能转化为热能。
热电材料的研究旨在开发高效的能量转换技术，以解决能源转换和节能减排的问题。
在国外，尤其是美国、欧洲和日本等发达国家，热电材料研究得到了广泛关注和重视。
下面将介绍国外热电材料研究的现状。
首先，国外的热电材料研究主要集中在工程应用和基础科学研究两个方面。
在工程应用方面，国外科学家致力于开发和改进热电材料的制备和加工技术，以提高材料的性能和可靠性。
例如，美国的热电材料的研究重点是提高材料的热电效率和减少材料的成本，他们采用了多种方法来改善材料的导电性和热电性能，如改变材料的晶体结构、掺杂材料、纳米加工等。
同时，他们还关注热电材料在能源转换和储存中的应用，如热电发电、热恢复、热泵等。
在基础科学研究方面，国外的热电材料研究专注于理解热电效应的机理和材料的结构与性能之间的关系。
他们通过理论模拟、实验测试和材料表征等方法，深入研究热电材料的微观结构、晶格热传导、载流子输运等关键问题。
例如，德国的热电材料研究主要集中在新型材料的发现和探索，他们通过高通量计算和高通量实验等手段，筛选和设计出具有优异热电性能的材料。
同时，他们还研究热电材料的界面特性和界面调控方法，以提高材料的热电性能和稳定性。
此外，国外的热电材料研究还涉及到多学科的交叉合作。
热电材料的研究需要借助物理学、材料科学、化学、工程学等多个学科的知识和技术，以解决新材料的合成与制备、性能表征与优化等难题。
国外的研究团队常常由不同学科的科学家和工程师组成，共同攻克热电材料领域的科学难题。
总之，国外的热电材料研究现状表明，热电材料领域取得了显著的进展和突破，不仅在工程应用方面有很多新的发现和应用，还在基础科学研究方面取得了深入的理解和掌握。
国外的研究主要集中在新型材料的开发和探索、热电效应的机理研究以及材料制备和加工技术改进等方面。
在未来，随着能源需求的增加和环境问题的日益严重，热电材料的研究将继续受到重视，并取得更大的突破。
半导体P-N型温差发电器件热电性能研究
王长宏等：半导体P-N型温差发电器件热电性能研究文章编号：1001-9731 (016) 12-12147-0512147半导体P-N型温差发电器件热电性能研究x王长宏，李娜，林涛，吴浩东(广东工业大学材料与能源学院，广州510006)摘要：区熔法工艺制备的T i2Be3温差发电材料，以P N结为研究对象。
通过有限体积法对单对半导体P N结模型的温度、流场进行模拟，并用热阻分析法对传热过程进行计算，考虑热电转换过程受P N结空腔内气体对流、热传导和辐射的影响。
研究结果表明，数值模拟和热阻分析法所得结果吻合，芯片传热过程中陶瓷基板热阻耗散 46%的温差，且当热端温度达1 000 K时，辐射传热量占总传热量的37%;因此对半导体P N结模型进行优化，适 当降低陶瓷基底热阻有利于提高半导体P N结实际温差和应用价值。
关键词：温差发电器件；热电转换；热电性能；数值分析中图分类号：T K11 文献标识码：A D O I：10.3969/j.issn.1001-9731.2016.12.0240引言由于热电发电过程中具有体积小、无噪声、寿命长 等特点，其性能研究及相关应用备受关注[]。
国内外 学者现集中于热电材料优值系数的提高[-3];主要包括 通过态密度共振和能带简并提高塞贝克系数；纳米结 构等方法降低晶格热导率以及基体和纳米第二相的能 带对齐来维持电传输性能45]。
王长宏等[]在温差发 电过程的数值模拟中考虑热电单元之间封闭腔体内空 气传热的影响提出改善模块结构的有效途径，A.S.A1-M e rb a ti等[7]利用有限元方法对不同组合结构的PN 结元件进行温度场、电场和机械应力场耦合分析，综合 评价不同P N结构性能。
A.R e z a n ia等[8]则对温差发电芯片内部结构进行优化。
F ank ai M e n g等[]针对温 差余热利用，分析单元长度，封装、热流对温差发电模块的影响和导热基底厚度对发电效率影响研究，表明 输出功率随着截面积增大和导热基底厚度增加而减小；而对温差发电内部多场耦合的研究甚少。
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]。
热电材料中自旋轨道耦合效应对电输运的影响
热电材料中自旋轨道耦合效应对电输运的影响吴立华;杨炯;李鑫;骆军;张文清【摘要】自旋量子效应对材料电输运性质的影响,是一个物理和材料领域的基础问题.热电材料能够实现电能和热能相互转换,其往往合有重元素,自旋轨道耦合效应对电性能的影响不容忽视.自旋轨道耦合造成的Zeeman型能带劈裂效应降低能带带边的简并度和能态密度,对热电材料的输运性质不利;而自旋熵和Rashba型自旋劈裂效应对热电性质有益,其中的Rashba自旋劈裂效应能够产生新奇的低维化电输运.拓扑绝缘体中非平庸电子结构对电输运调控提供新的方向.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2016(038)005【总页数】7页(P320-326)【关键词】热电材料;自旋轨道耦合;电子能带;电输运【作者】吴立华;杨炯;李鑫;骆军;张文清【作者单位】上海大学材料基因组工程研究院,上海200444;上海大学材料基因组工程研究院,上海200444;上海大学材料基因组工程研究院,上海200444;上海大学材料基因组工程研究院,上海200444;上海大学材料基因组工程研究院,上海200444【正文语种】中文半导体热电材料利用塞贝克效应和帕尔贴效应实现温差发电或电制冷，被应用在空间用特种电源、汽车尾气废热或工业余热发电、电子器件制冷等领域。
相比于其他能量转换技术，热电材料构成的器件具有无污染、可靠性高、无需运动组件和无需光源等优势，但其能量转换效率仍旧较低。
提高材料的热电性能，是优化热电器件能量转换效率的第一步。
高性能热电材料应具有高的塞贝克系数(同等温差下高的电动势)、低的电阻率和热导率，而这些物理参数本身相互关联，协同优化这些物性是热电材料研究的核心。
本质上，优化热电性能就是同时调控电子和声子的输运性质。
近年来，填充方钴矿等“电子晶体-声子玻璃”体系[1-2]、相变体系[3-4]、半晶态体系[5-6]和铅硫族纳米材料[7-9]等呈现出优异的热电性能。
热电材料的带边电子结构对其电输运起决定作用[10]。
碲化铋基热电薄膜与器件研究进展
碲化铋基热电薄膜与器件研究进展胡少雄;周曼;任超杰;张博涵;祝薇;赵未昀;邓元【期刊名称】《中国材料进展》【年(卷),期】2022(41)12【摘要】随着微电子技术的快速进步,电子器件不断朝着高性能、微型化、低功耗、自供电的方向发展。
在器件性能和集成度不断提高的同时,小空间的快速散热问题成为制约其发展的关键瓶颈之一。
热电薄膜器件是一种以热电薄膜材料为核心的半导体能源转换器件,具有全固态、无噪音、免维护、体积小等优点,在高热流密度电子元器件快速散热和低功耗电子器件自供电等领域具有迫切的应用需求和广阔的市场前景。
Bi_(2)Te_(3)基热电材料是目前室温条件下性能最好的热电材料,以Bi_(2)Te_(3)基热电薄膜材料与器件为核心,重点介绍了常用热电薄膜材料的制备与性能优化方法,热电薄膜器件的结构设计、制备工艺以及界面优化手段,并对热电薄膜器件在热电发电和热电制冷领域的应用做了简要介绍。
【总页数】14页(P1005-1017)【作者】胡少雄;周曼;任超杰;张博涵;祝薇;赵未昀;邓元【作者单位】北京航空航天大学材料科学与工程学院;北京航空航天大学杭州创新研究院浙江省智能传感材料与芯片集成技术重点实验室;北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院【正文语种】中文【中图分类】TN37【相关文献】1.碲化铋基热电薄膜的制备及性能研究2.碲化铋基热电器件的有限元模拟与设计组装3.碲化铋基薄膜热电性能的研究4.碲化铋基热电材料复合改性的研究进展5.Analysis on Management and Development Problems of Prefabricated Construction Project因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
SnO的歧化反应对SnTe热电性能的优化
第34卷第3期无机材料学报Vol. 34No. 3 2019年3月Journal of Inorganic Materials Mar., 2019文章编号: 1000-324X(2019)03-0315-06 DOI: 10.15541/jim20180288SnO的歧化反应对SnTe热电性能的优化胡慧珊, 杨君友, 辛集武, 李思慧, 姜庆辉(华中科技大学材料科学与工程学院, 材料成型与模具技术国家重点实验室, 武汉430074) 摘要: PbTe基化合物是一种热电性能优良的中温区热电材料, 但铅的毒性限制了其广泛应用, 因此类似化合物SnTe引起了人们关注。
但SnTe的载流子浓度较高和晶格热导率较大使其ZT值较低。
本研究利用SnO歧化反应对SnTe热电性能实现了协同调控。
热压烧结过程中SnO在500 ℃左右发生歧化反应生成Sn单质和单分散的SnO2颗粒, Sn单质作为自掺杂可以填充SnTe中的Sn空位, 导致载流子浓度降低: 相比于SnTe基体, SnTe-6mol%SnO 样品在600 ℃下的电阻率从6.5增大到10.5 μΩ⋅m, Seebeck系数从105增大到146 μV⋅K-1。
同时, 原位反应生成的SnO2第二相单分散于晶界处, 多尺度散射声子传播而降低晶格热导率, SnTe-6mol%SnO样品晶格热导率在600 ℃下仅为0.6 W⋅m-1⋅K-1, 相比于基体下降了33%左右, 从而使SnTe体系的热电性能得到明显提高。
最终, 当SnO加入量为6mol%时, 样品在600 ℃下的ZT值~1, 相比于基体提升了一倍左右。
关键词: SnTe; 歧化反应; 热电性能中图分类号: TB34文献标识码: AHigh Thermoelectric Performance of SnTe from the Disproportionation of SnOHU Hui-Shan, YANG Jun-You, XIN Ji-Wu, LI Si-Hui, JIANG Qing-Hui (State Key Laboratory of Materials Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)Abstract:PbTe-based compositions are considered as excellent thermoelectric materials for the mid-temperature.However, the toxicity of lead limits its wide application. SnTe compounds, an analogue of PbTe, has attracted much attention. However, its ultrahigh carrier concentration and the large lattice thermal conductivity leads to a low ZT value of SnTe. In this work, the thermoelectric performance of SnTe is synergistically enhanced by introduction of Sn and SnO2 from the disproportionation of SnO in the process of the hot press sintering. On the one hand, Sn can compensate the Sn vacancies and decrease the carrier concentration of SnTe, leading to a simultaneous enhancement on resistivity and the Seebeck coefficient. For instance, compared with the pristine SnTe, resistivity and the Seebeck coefficient in-creases from 6.5 μΩ⋅m to 10.5 μΩ⋅m and from 105 μV⋅K–1 to 146 μV⋅K–1, respectively, for the sample of SnTe-6mol% SnO at 873 K. On the other hand, in-situ generated SnO2 nanoparticles are dispersedly distributed on the grain boundaries, leading to the multiscale phonon scattering and the reduced lattice thermal conductivity. The mini-mum lattice thermal conductivity value is 0.6 W⋅m–1⋅K–1 for the sample SnTe-6mol% SnO at 873 K, which is ~33% reduction compared with that of the pristine SnTe. As a result, the maximum ZT value of 0.96 (~100% enhancement,收稿日期: 2018-06-28; 收到修改稿日期:2018-09-11基金项目:国家自然科学基金(51811530307, 51772109, 51572098, 51632006); 清华大学新型陶瓷与精细工艺国重实验室开放基金(KF201704)National Natural Science Foundation of China (51811530307, 51772109, 51572098, 51632006); Open Fund of StateKey Laboratory of New Ceramics and Fine Processing, Tsinghua University (KF201704)作者简介:胡慧珊(1994–), 女, 硕士研究生. E-mail: 1724125728@316 无机材料学报第34卷compared with that of the pristine SnTe) at 873 K is achieved for the sample SnTe-6mol% SnO.Key words: SnTe; disproportionation; thermoelectric performance能源危机正成为全球范围内急需解决的问题, 人们迫切需要寻找一种安全清洁的新能源以满足环境的可持续发展[1]。
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》范文
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着环保能源需求日益增加，热电材料因其在热能与电能之间的直接转换而成为近年来的研究热点。
SnTe-In2Te3体系热电材料因其高效率、低成本的特性，在热电材料领域中备受关注。
本文旨在研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法以及其性能分析，以期推动其在实际应用中的进一步发展。
二、实验部分1. 材料制备SnTe-In2Te3体系热电材料的制备采用传统的固相反应法。
首先，将高纯度的SnTe和In2Te3粉末按照一定比例混合，然后在高温下进行长时间的烧结反应，得到所需的SnTe-In2Te3复合材料。
2. 性能测试通过X射线衍射（XRD）技术对材料的结构进行表征，使用扫描电子显微镜（SEM）观察材料的微观形貌，并利用热电性能测试仪对材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能进行测试。
三、结果与讨论1. 结构分析通过XRD分析发现，制备的SnTe-In2Te3复合材料具有典型的晶体结构，与预期的相符合。
同时，SEM图像显示材料具有均匀的微观形貌，无明显缺陷。
2. 性能分析（1）电导率：随着In2Te3含量的增加，材料的电导率呈现先增后减的趋势，在某一比例下达到最大值。
这主要是由于In2Te3的引入改善了材料的电子传输性能。
（2）塞贝克系数：SnTe-In2Te3复合材料的塞贝克系数随温度的升高而增大，表明其具有较好的热电效应。
此外，In2Te3的加入可以进一步提高材料的塞贝克系数。
（3）热导率：材料的热导率受多种因素影响，包括晶格热导率和电子热导率等。
通过调整In2Te3的含量，可以优化材料的热导率，从而提高其热电性能。
四、结论本文研究了SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法及性能分析。
通过固相反应法成功制备了具有典型晶体结构和均匀微观形貌的复合材料。
实验结果表明，适当调整In2Te3的含量可以优化材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能，从而提高其热电性能。
电热以及热电材料相关知识
热电材料以及电热材料相关知识1热电效应和热电特性当两种不同的导体联接构成闭合回路,且接点两端处于不同温度时, 在接点两端出现电压降, 在回路中产生电流的现象称为塞贝克效应(Seebeck). 这一效应成为实现将热能直接转换为电能的理论基础. 图1 (a)为实现热电转化模式的简单示意图.当电流I通过由两种不同导体联结构成的回路时, 在两接点处吸收和放出热量的现象称为帕尔帖效应(Peltier). 这一效应成为实现新概念型制冷机械的理论基础. 图1(b)为实现制冷模式的简单示意图.图1 热电元件构成的简单发电模式(a)和制冷模式2热电材料的新进展开发研究新热电材料的目标在于努力提高材料的电导率温差电势的同时, 降低热导率. 热电材料的性能取决于性能因子Z , Z 通常表示为 Z =a 2 s /k , 式中a 称为Seebeck 系数或温差电势, s 为材料的导电率, k 为导热率. a s 和k 参量取决于电子结构和载流子的散射, k =k L+k e, 降低k 关键在于降低k L, 即增强晶格点阵对声子的散射从而降低热导率. 从理论上分析, 非晶态具有低的k值. Glem Slack提出一种新的概念材料称为声子玻璃电子晶体phonon glass electron crystal (PGEC), 也就是一种导电如晶体导热如玻璃的材料. Slack认为晶体结构中存在一种结合力弱的rattling 原子, 对载热声子有强的散射作用导致热导率急剧下降, 对导电不会有太大的影响.基于以上的讨论, 适合于做为热电材料的主要有两大类: 半导体材料和混合价化合物. 过去几十年对半导体类热电材料进行了较为系统深入的研究, 其中主要包括FeSi2 SiGe PbSnTe (Cu,Ag)2Se (Bi,Sb)Te3 (Bi,Sb)Se3等系列. 目前正在研究一种称为Skutterrudite结构的材料[5], 其分子式为AB3, 其中A=Co, Ir,Rh; B=P, As, Sb. 这类结构的重要特性是在晶胞单元中有两个较大的空隙, 这类结构材料的Seebeck系数可能达到较大数量级200 mVK-1, 然而, 热导率也会同时增大, 难以获得所希望的ZT值. 研究表明, 在晶格点阵中加入重原子可以显著地降低晶格导热率. 例如, Nolas等人在CoSb3中加入La, 使材料的室温导热率降低几个数量级, Nolas认为部分是由于质量亏损mass-defect 散射声子, 部分是由于键合力较弱的原子在它们的笼状结构cages 中发生rattling 运动. 在温度为700 , ZT值大于1的结果已经在实验中出现.另一类具有低温使用前景的材料是Clathrates型化合物[6]. 例如Ge型Clathrates化合物, 其分子式为A8Ge46, A代表Ge格子中占据空隙的原子. 又如具有Sr8Ga16Ge30分子式结构的Clathrates化合物, 其室温导热率比非晶态Ge低两倍. 类似的低导热性也出现在含Eu的Ge型Clathrates化合物及Sn型Clathrates化合物, 如Cs8Zn4Sn44和Cs8Sn44. 这些Clathrates型化合物具有获得热电应用所需的高Seebeck 系数的潜能, 在700 K下, ZT值接近1.以A2Q Bi2Q3 PbQ(A=碱金属; B=S, Se, Te)为三组元构成的三元系中的某些伪三元相也是具有开发前景的一类新型热电材料[7], 如K2Bi8Se13 K2Bi8S13 Rb2Bi8Se13 Ce2Bi8Se13 CsPb2Bi3Te7. 研究发现,这些化合物均具有相似的结构点阵, 对称性差属于单斜晶系, 晶胞体积大, 空隙中含有rattling 碱金属原子. 由于rattling 碱金属原子对声子的散射, 导致该类化合物导热率很低. 对这类材料的研究正在展开, 研究者认为有望获得较高的ZT值.Hicks和Dresselhaus提出如果用二维结构材料代替三维, ZT值将会得到改善[8]. 载流子在低维量子阱中受到的制约导致能态密度分布的改变, 在费密能一定的条件下, 有利于增加载流子数目提高导电率和ZT值.用分子束外延生长技术可以制备二维晶体. 一维结构可能会有更好的ZT值, 关键的问题是如何将一维晶体应用到实际的器件设备中. Venkatasubramanian 等人的研究证实量子阱能使体系的ZT值超过1[9].Tritt等人综合分析大量的研究结果, 提出理想的热电材料应具有的性能[10]:(1) 接近费密能级的电子带应具有许多远离Brillouin区界的能谷;(2) 原子序数大, 且具有大量的自旋轨道偶;(3) 成分由两种以上的元素组成;(4) 元素间的负电性差很低;(5) 晶胞尺寸大;(6) 能带间隙Eg等于10kBT, T是实际热电工作温度.室温下, 0<Eg<0.3 eV.假如满足条件(1) (4), 材料将具有高的载流子迁移率; 满足条件(2) (3) (5), 材料将有低的热导率; 满足条件(1) (6), 可以获得高的Seebeck系数或温差电势. 另外, 条件(6)也表明, 在温度较低的情况下(T<300K)热电材料应具有较低的能带间隙. 对于高温工作如发电模式下, 应使用高能带间隙的热电材料.3热电材料的未来在生活四周有许多耗费能源所生成、却又被废弃的热能，例如：汽车尾气、工厂锅炉排放的气体等等。
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》范文
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，热电材料因其直接将热能转换为电能的能力而备受关注。
SnTe和In2Te3作为典型的热电材料，其性能的研究与应用一直是材料科学领域的热点。
本文针对SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法、结构性能以及其应用前景进行了系统研究。
二、材料制备本部分主要介绍SnTe-In2Te3体系热电材料的制备过程。
我们采用了固相反应法进行制备，该方法具有工艺简单、成本低廉等优点。
首先，我们按照一定比例将SnTe和In2Te3粉末混合均匀，然后进行高温固相反应，最后得到SnTe-In2Te3复合材料。
三、材料结构与性能（一）材料结构我们采用X射线衍射（XRD）技术对SnTe-In2Te3复合材料的晶体结构进行了分析。
结果表明，随着In2Te3含量的增加，材料的晶体结构发生了明显变化。
当In2Te3含量较低时，材料呈现SnTe的主晶相；随着In2Te3含量增加，出现了In2Te3的晶相，并且两相之间的晶格结构存在一定程度的互溶。
（二）材料性能我们测试了SnTe-In2Te3复合材料的电导率、塞贝克系数和功率因子等热电性能参数。
实验结果表明，随着In2Te3含量的增加，材料的电导率呈现先增加后减小的趋势，而塞贝克系数则逐渐增大。
这表明，通过调整In2Te3的含量，可以优化材料的热电性能。
此外，我们还发现，在特定组成下，SnTe-In2Te3复合材料具有较高的热电优值ZT，显示出良好的热电性能。
四、结果与讨论根据实验结果，我们分析了SnTe-In2Te3复合材料性能优化的原因。
首先，In2Te3的加入改善了材料的电子结构，提高了电导率；其次，In2Te3的引入增大了材料的塞贝克系数，有利于提高热电转换效率。
此外，两相之间的晶格互溶也有助于提高材料的热稳定性。
因此，通过调整SnTe和In2Te3的比例，可以获得具有优异热电性能的SnTe-In2Te3复合材料。
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》范文
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着科技的发展，热电材料在能源转换和热电转换领域的应用越来越广泛。
SnTe-In2Te3体系热电材料因其优异的热电性能和较低的制造成本，近年来受到了广泛的关注。
本文旨在研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备工艺及其性能，以期为该类材料的实际应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所需材料包括高纯度的SnTe、In2Te3以及适量的掺杂剂。
所有材料均经过严格的筛选和预处理，以确保其纯度和活性。
2. 制备方法采用固相反应法制备SnTe-In2Te3体系热电材料。
具体步骤包括混合、研磨、烧结等过程。
在制备过程中，控制好温度、时间、掺杂剂的比例等参数，以获得理想的材料性能。
3. 性能测试对制备得到的SnTe-In2Te3体系热电材料进行性能测试，包括电阻率、热电势、热导率等。
通过分析测试结果，评估材料的热电性能。
三、实验结果与分析1. 制备结果通过固相反应法成功制备了SnTe-In2Te3体系热电材料。
材料的形貌规整，晶粒分布均匀，无明显缺陷。
2. 性能分析（1）电阻率：随着In2Te3含量的增加，材料的电阻率呈现先降低后升高的趋势。
在适当的In2Te3含量下，材料具有较低的电阻率。
（2）热电势：材料的热电势随温度的升高而增大，表明其具有较好的热电性能。
在一定的温度范围内，SnTe-In2Te3体系热电材料表现出较高的塞贝克系数。
（3）热导率：材料的热导率受晶粒尺寸、孔隙率等因素的影响。
通过优化制备工艺，可以降低材料的热导率，提高其热电性能。
四、讨论本实验研究了SnTe-In2Te3体系热电材料的制备工艺及其性能。
通过固相反应法成功制备了形貌规整、晶粒分布均匀的材料。
实验结果表明，适当的In2Te3含量有助于降低材料的电阻率，提高其热电性能。
此外，通过优化制备工艺，可以进一步降低材料的热导率，提高其塞贝克系数，从而提升整体的热电性能。
P型(Bi,Sb)2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究
P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究摘要：随着能源危机和环境保护问题的逐渐突出，热电材料作为一种转化废热能为电能的有效途径备受重视。
本文研究了P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化方法。
采用熔融冷却法制备纯度高、形貌规整的（Bi,Sb）2Te3粉末，通过热压工艺将粉末转化为块状样品。
制备过程中采用了不同的加工工艺和升温速率来优化样品的品质，通过SEM、XRD等表征手段对制备后的样品进行了形貌和结构的分析。
在优化样品制备工艺的基础上，采用继电桥法测量了样品的电阻率和霍尔系数，计算出样品的电导率、热导率和Seebeck系数等热电性能参数。
研究结果表明，采用恰当的加工工艺和升温速率能够显著提高样品的热电性能，其中，样品在873K时的热电性能最佳，其ZT值达到0.72。
关键词：（Bi,Sb）2Te3；热电材料；制备；热电性能；ZT值。
Introduction：随着能源危机和环境保护问题日益突显，如何高效地利用废热能成为一项重要的研究课题。
热电材料作为一种用于将废热能转换为电能的有效途径，在汽车、船舶、飞机、军用设备和一些高温工业生产过程中具有重要的应用前景。
P型（Bi,Sb）2Te3材料是一种功能材料，具有较高的热电性能，同时易于制备和处理。
因此，研究其制备及其热电性能优化具有重要意义。
Experimental：采用熔融冷却法制备纯度高、形貌规整的（Bi,Sb）2Te3粉末，通过热压工艺将粉末转化为块状样品。
控制样品的加工工艺和升温速率来优化样品的品质，通过SEM、XRD等表征手段对制备后的样品进行了形貌和结构的分析。
在制备出优质样品之后，采用继电桥法测量了样品的电阻率和霍尔系数等参数，并据此计算出样品的电导率、热导率和Seebeck系数等热电性能参数。
最终，通过计算ZT值来评估样品的热电性能。
Results and Discussion：通过样品的形貌和结构分析结果表明，采用恰当的加工工艺和升温速率能够显著提高样品的热电性能。
热电材料
热电材料摘要热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接转换的功能材料，也是一种极具发展前景的能源材料。
本文详述了三个基本热电效应：帕尔贴效应、汤姆逊效应、赛贝克效应，以及影响热电势的因素，目前热电材料的基本分类，探讨了提高热电性能的途径，并对近几年热电材料的研发趋势，应用趋势进行了分析与讨论。
关键词热电效应、帕尔贴效应、汤姆逊效应、赛贝克效应、热电势影响因素、热电材料、热电优值、提高热电优值方法、热电材料研发、应用趋势引言1823年德国的物理学家Thomas Seebeck就在实验中上发现，在具有温度梯度的样品两端会出现电压降，这一效应成为制造热电偶测量温度和将热能直接转换为电能的理论基础，称为Seebeck 效应。
Seebeck提出了用热电材料制成热电发电器的设想。
1834年Heinrich Lens又发现将一滴水置于铋(Bi)和锑(Sb)的接点上，通以正向电流，水滴结成冰，通以反向电流，冰融化成水，此效应称为制冷效应或Peltier效应[1]。
随着全世界环境污染和能源危机的日益严重，对人类可持续发展广泛的关注，导致发达国家对新环保能源替代材料开发研究的重视和巨额投入， 利用热电材料制成的制冷和发电系统体积小重量轻； 无任何机械转动部分， 工作中无噪音， 不造成任何环境污染； 使用寿命长， 且易于控制， 由于热电材料的这些特性使其再次成为材料科学的研究热点[2]。
正文材料中存在电位差时会产生电流，存在温度差时会产生热流。
从电子论的观点来看，在金属和半导体中，不论是电流还是热流都与电子的运动有关系，故电位差、温度差、电流、热流之间存在着交叉联系，这就构成了热电效应[3]。
金属的热电现象可以概括为三个基本热电效应。
1. 帕尔贴效应不同金属中，自由电子具有不同的能量状态，如图1所示，在某一温度下，当两种金属A 和B 相互接触时，若金属A 的电子能量高，则电子要从A 流向B ，使A 的电子减少，而B 的电子增多，由此导致金属A 的点位变正，B 的点位变负。
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着能源危机和环境污染问题的日益严重，热电材料因其直接将热能转换为电能的能力而备受关注。
SnTe和In2Te3作为典型的热电材料，其性能的优化和新型材料的开发一直是研究的热点。
本文旨在研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法，以及探讨其性能优化和应用的可能性。
二、实验材料与设备实验所采用的原材料包括Sn、Te、In等，主要设备包括高温炉、X射线衍射仪、热电性能测试仪等。
三、制备方法本文采用固相反应法制备SnTe-In2Te3体系热电材料。
具体步骤如下：1. 按照一定比例将Sn、Te、In等原材料混合，充分研磨并压制成块状。
2. 将块状物放入高温炉中，在特定温度下进行烧结，使原料发生固相反应，生成SnTe和In2Te3。
3. 冷却后取出，进行破碎、研磨，得到所需的SnTe-In2Te3复合材料。
四、性能研究1. XRD分析通过X射线衍射仪对制备的SnTe-In2Te3体系热电材料进行物相分析，确定其晶体结构和相组成。
2. 微观结构观察利用扫描电子显微镜观察SnTe-In2Te3体系热电材料的微观结构，了解其形貌、颗粒大小及分布等情况。
3. 热电性能测试通过热电性能测试仪对SnTe-In2Te3体系热电材料的电导率、塞贝克系数和热导率等性能进行测试，分析其热电性能的优劣。
五、结果与讨论1. XRD分析结果XRD图谱显示，制备的SnTe-In2Te3体系热电材料具有明显的晶体结构，且与标准谱图相符，说明制备的样品为SnTe和In2Te3的复合物。
2. 微观结构观察结果扫描电子显微镜观察结果显示，SnTe-In2Te3体系热电材料具有较为均匀的颗粒分布和良好的形貌，这有利于提高其热电性能。
3. 热电性能测试结果热电性能测试结果表明，SnTe-In2Te3体系热电材料具有较高的电导率和塞贝克系数，同时热导率也较低。
这表明该材料具有较好的热电性能，有望在热电发电和热电制冷等领域得到应用。
热电材料中的高熵结构设计
第36卷 第4期 无 机 材 料 学 报Vol. 36No. 42021年4月Journal of Inorganic Materials Apr., 2021收稿日期: 2020-11-18; 收到修改稿日期: 2020-12-10; 网络出版日期: 2020-12-21 基金项目: 宁波市科技创新2025重大专项(2019B10085)Ningbo Science and Technology Innovation 2025 Major Project (2019B10085)作者简介: 蔡剑锋(1995–), 男, 硕士研究生.E-mail:********************.cnCAIJianfeng(1995–),male,Mastercandidate.E-mail:********************.cn通信作者: 蒋 俊, 研究员.E-mail:*************.cnJIANGJun,professor.E-mail:*************.cn文章编号: 1000-324X(2021)04-0399-06 DOI: 10.15541/jim20200659热电材料中的高熵结构设计蔡剑锋1, 王泓翔1,2, 刘国强1,2, 蒋 俊1,2(1. 中国科学院 宁波材料技术与工程研究所, 宁波 315201; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)摘 要: 高熵合金的设计思想在诸多材料领域都有广泛的应用, 本研究从高熵结构对热电输运性质的影响出发, 着重讨论热电材料对高熵结构设计的一些要求。
以CuInTe 2为实例, 提出了热电材料的高熵结构应当尽量减小晶格畸变, 尽量选择在不影响费米面结构的格点位进行高熵掺杂。
依据这些准则, 设计的高熵化合物Cu 0.8Ag 0.2Zn 0.1Ga 0.4Ge 0.1In 0.4Te 2的室温热导率降到了2.1 W·m –1·K –1, 比基体材料降低70%, 最高ZT 值达到1.02, 较基体提升90%。
热电材料
热电材料研究现状摘要：本文综述了不同种类热电材料的结构特征和热电性能。
归纳了提高热电材料的热电性能的方法、途径以及热电材料在温差发电和制冷等方面的应用，并指出热电材料作为能源的转化方式必将成为材料界的研究重点。
关键词：热电材料；热电优值；Seebeck效应；制冷剂一．热电材料研究的现实意义进入21 世纪以来，随着全球工业化的发展，人类对能源的需求不断增长，在近百年中，工业的消耗主要以化石类能源为主。
人类正在消耗地球50 万年历史中积累的有限能源资源，常规能源已面临枯竭。
全球已探明的石油储量只能用到2020 年，天然气只能延续到2040 年左右，煤炭资源也只能维持2300 年左右。
且这两种化石燃料，在使用时排放大量的CO2、SO2、NO、NO2 等有害物质，严重污染了大气环境、导致温室效应和酸雨。
引起全球气候变化，直接影响人类的身体健康和生活质量，严重污染水土资源。
因此，开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。
一方面，根据美国能源部对初级能源消耗的估算，超过55 %的能源最终以废热的形式被释放到环境中[1]。
研究废热再利用，对于提高能源的使用效率、减少对化石类能源的依赖以及缓解二氧化碳排放所引起的环境问题有重要的意义。
常见的废热源有工业余热、汽车尾气废热和城市固体垃圾焚烧所产生的废热等。
大多数废热都存在热源分散、能量密度低、热源温度不稳定等特点，不利于被二次利用。
另一方面，太阳每年向地球辐射的能量大约为3×1024 J的能量，相当于约7. 2 × 105亿t标准油。
该值大约是目前全球能耗的6000 倍[2]。
如果能够将大约0. 2 %的地球表面所得到的太阳辐射能量，以10 %的效率转化为有用能量，就足够满足现在的能量需求。
热电装置的应用无需使用传动部件；工作时无噪音、无排弃物；与太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染；而且热电装置的核心部件热电材料服役状态稳定，使用寿命长，是具有广泛应用前景的环境友好型功能材料。
纳米级P-型BiTe基复合热电材料的制备方法[发明专利]
![纳米级P-型BiTe基复合热电材料的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/63351e219ec3d5bbfc0a741d.png)
专利名称：纳米级P－型BiTe基复合热电材料的制备方法专利类型：发明专利
发明人：任维丽,任忠鸣,徐永斌,邓康,曾宇平,钟云波,雷作胜申请号：CN200710171804.8
申请日：20071206
公开号：CN101186283A
公开日：
20080528
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种化学合成纳米级BiTe基微观复合热电材料的制备方法，属低温化学合成纳米热电材料工艺技术领域。
本发明采用Bi、Sb的单质或氯化盐、和Te为原料，在存在还原剂的碱性水溶液中，在50～80℃温度和磁力搅拌器搅拌条件下合成纳米级(Bi，Sb)Te微观复合热电材料。
通过反应条件的控制，可获得颗粒状纳米晶体，其粒径在100nm左右。
本发明方法具有工艺简单易行，能耗低，产品纯度高，无表面修饰剂等优点。
所制备的(Bi，Sb)Te合成化合物为BiTe基工业应用的P－型材料。
申请人：上海大学
地址：200444 上海市宝山区上大路99号
国籍：CN
代理机构：上海上大专利事务所
代理人：顾勇华
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P型SnTe基热电材料的电声输运及性能优化IV-VI族化合物是使用最早、研究最多的热电材料之一。
其中,SnTe基热电材料在近年来以其具有与PbTe相似的能带结构、但无毒且环境友好而备受关注。
本征SnTe因具有高浓度的本征Sn空位,一般呈现重掺杂P型半导体特性。
但过高的载流子浓度极大地抑制了其本征Seebeck系数,过大的轻重价带能量差距也增大了通过能带简并等手段提升Seebeck系数的难度。
此外,过高的晶格热导率和过小的带隙,也都极大抑制了 SnTe的本征热电性能。
本文以SnTe基热电材料为研究对象,利用高温熔炼结合热压烧结工艺制备试样,通过共振掺杂、载流子浓度优化、能带简并等手段提升材料的电学性质,通过引入点缺陷、第二相等多重散射机制降低材料的晶格热导率,并通过物相分析、微结构表征、物理建模等方式,进一步分析材料高性能的原因。
此外,本文还系统研究了新型层状热电材料SnTe·Sb2Te3多晶及区熔铸锭的热电输运特性。
获得的主要结论如下:1)通过双带模型的构建,计算了 SnTe的理论Pisarenko曲线;通过第一性原理计算,证实了 In在SnTe中掺杂可以引入共振能级,增加费米能级附近态密度,有效提升其室温Seebeck系数。
分别以
Sn0.995In0.005Te和(SnTe)2.88(In2Te3)0.04为基体,进行了载流子浓度的再优化。
其中,Sn0.995In0.o05Te中加入Sb有效抑制了基体过高的载流子浓度,且迁移率也得到一定的提升;Seebeck系数也获得进一步提高,电学性能整体优化。
最终,成分为Sno.915In0.oosSbo.08Te的材料在825 K时获得最大zT值约1.1,说明In-Sb双掺杂可以有效提升SnTe基材料的热电性能。
此外,利用SnTe较强的热塑性,成功制备SnTe热变形试样。
热变形后孔洞增多,出现一定层状特征;但热变形前后热电性能并没有明显变化,所以热变形并不是一种可以有效提升SnTe基材料热电性能的制备工艺;2)通过比较SnTe和Sn1.03Te中Sb合金化的情况,发现Sb在Sn1.03Te中固溶度更高。
Sb合金化不仅可以优化载流子浓度,还可以通过引入第二相实现对声子的强烈散射从而使SnTe材料的晶格热导率大幅降低。
通过EPMA测试和相图分析,得出第二相成分及形成过程,证实了除文献中纳米第二相外仍有微米级别第二相的存在。
之后,选取Sno.85Sbo.15Te合金作为基体,进行不同含量Mg合金化来研究点缺陷散射对材料热电性能影响。
由于Mg和Sn较大的半径和质量差异,Mg合金化引入强烈的质量和应力波动,从而对声子的散射加剧,进一步降低材料的热导率,接近理论最低晶格热导率。
试样zT值在775 K达到～1.0,且材料在全温度区间的器件zT值得到大幅度提升;3)研究SnTe中能带简并效应的机理,并以最大简并程度的Sno.96Mgo.07Te为基体,试图分别通过阳离子位Sb掺杂和阴离子位Ⅰ掺杂优化载流子浓度,提升材料热电性能。
其中,阳离子位Sb掺杂后,载流子浓度得到有效优化,Seebeck系数大幅增加,最大Seebeck系数达到213μV.K-1。
利用SPB模型计算材料的有效质量,发现较基体而言,Mg合金化产生的能带收敛效应让有效质量增加60%,而在此基础上加入Sb,有效质量又获得超过40%的提升。
通过第一性原理计算能带结构,发现随着Sb的加入,SnTe的轻重带差距也在不断减小,说明Sb在SnTe中也会引起能带简并效应。
Mg和Sb的双重能带简并效应以及载流子浓度的优化使得最终zT值在825 K 时达到1.3。
4)研究了 SnTe·Sb2Te3热压和区熔试样性能的各向异性。
通过成
分表征,发现其内部均匀为单相。
热电性能测试中,发现最终zT值的各向异性主要由Seebeck系数的各向异性决定。
利用SPB模型计算,发现两方向的态密度有效质量不同;通过能带计算,发现能带具有不对称性,进而计算得到的理论Seebeck系数也具有各向异性。
最终,手磨热压得到的SnSb2Te4多晶材料在面外方向获得最大zT值,约为0.42,证明该本征材料已具备一定的热电性能,有进一步优化的潜力。