热电技术有望解决能源问题引关注热电材料研究取得新进展_热电技术,热电材料

热电技术有望解决能源问题引关注热电材料研究有进展

2020/5/8 9:38:47 30803: 来源：仪表网

摘要：能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求。

　　【仪表网仪表研发】能源种类繁多，而且经过人类不断的开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求。随着工业化进程的加快, 世界能源短缺和枯竭已经成为每个国家不容忽视的问题, 严重制约着社会长期稳定发展。研究和开发新能源已经成为能源发展的趋势。生活中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。

　　据了解，热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。如随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及在地球难于日益增加的资源考察与探索活动，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统，热电发电对这些应用尤其合适。

　　因此，热电材料作为有望解决能源问题的新途径近些年来引起广泛关注。相关科学研究人员致力于此研发。近日，中科院合肥研究院固体所材料应用技术研究室秦晓英研究员课题组在Cu2SnSe3材料体系热电性能调控方面取得新进展。研究人员通过能带调整与能量过滤效应显著提高了材料的功率因子，并大幅降低其晶格热导，优化了材料的热电性能，使得材料的热电优值提高到1。

　　热电材料的转化效率由无量纲量ZT表示，ZT= S2σT /(κh+κL)，其中S 是热电势，σ为电导率，T为温度，κh和κL分别是电子热导和晶格热导。Cu2SnSe3(CSS)作为一种本征低热导环境友好型热电材料引起广泛关注，但是由于其较低的热电势和功率因子(PF=S2σ),使得材料的品质因子受到制约。

　　为此，科研人员通过在Sn位掺Fe调整其能带结构，提高价带顶的简并度和费米能级附近的态密度使得CSS的载流子迁移率和态密度有效质量大幅增加，导致热电势和功率因子显著提高。同时，研究人员在Cu2Sn0.95Fe0.05Se3(CSFS)中引入MgO纳米颗粒，通过能量过滤效应进一步提高材料的热电势，并由于界面散射显著降低了材料的晶格热导，使得ZT值在823K提高到1，相对于基体材料提高了2.5倍。

　　关于热电材料

　　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相互转换的功能材料。人们对热电材料的认识具有悠久的历史。1823年，德国人塞贝克(Seebeck)发现了材料两端的温差可以产生电压，也就是通常所说的温差电现象。1834年，法国钟表匠珀耳帖(Peltier)在法国《物理学和化学年鉴》上发表了他在两种不同导体的边界附近(当有电流流过时)所观察到的温差反常的论文。这两个现象表明了热可以致电，而同时电反过来也能转变成热或者用来制冷，这两个现象分别被命名为塞贝克效应和珀耳帖效应。它们为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。