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  • 是一种准 层状晶体布局化合物
来源:本站原创  作者:admin  更新时间:2019-09-21  浏览次数:

  热电材料及其使用_能源/化工_工程科技_专业材料。科技日报/ 2004 年/ 08 月/ 30 日/ 热电材料及其使用 热电材料是一种将 “热” 和 “电” 间接转换的 功能材料 。其工做道理是固体正在分歧温度下具 有分歧的电子 ( 或空穴

  科技日报/ 2004 年/ 08 月/ 30 日/ 热电材料及其使用 热电材料是一种将 “热” 和 “电” 间接转换的 功能材料 。其工做道理是固体正在分歧温度下具 有分歧的电子 ( 或空穴 ) 激发特征 , 当热电材料 两头存正在温差时 , 材料两头电子或空穴激发数 量的差别将构成电势差 ( 电压) 。 人们对热电材料的认识具有长久的汗青 。 1823 年人 T. Seebeck 发觉了材料两头的 温差 可 以 产 生 电 压 ( 通 常 称 : 温 差 电 现 象 ) 。 1834 年法国人 J . C. A. Peltier 正在法国王宫演示 先辈热电材料” 赞帮项目 ,次要使用对象是操纵 冶金炉等工业高温炉的废热发电以降低能耗 。 本年 3 月又发布了项目指南 , 打算开展汽车发 动机余热温差发电的研究 。欧洲 20 余个研究 机构也已结合进行了汽车策动机余热发电方面 的预研 , 并正正在组织 “纳瓦到兆瓦热电能量转 换” 大型科研项目 。 用热电材料制制的温差发电安拆和制冷拆 置具有 : 无活动部件 , 无污染 , 无噪声 , 无磨损 , 免 ,对外形大小和利用前提的小 ,合用 面广等凸起长处 。目前限制其大规模使用的关 键要素是热电材料的机能 。 热电材料的机能用 “热电优值” Z = a2s/ k 表征 。此中 ,a 是温差电势系数 ( 即 Seebeck 系 数) ,s 是电导率 ,k 是热导率 。正在连结脚够高的 a 和 s 值的前提下 ,最大幅度地降低 k 是提高热 了温差电现象的 “逆效应” : 通电使一端制冷而 另一端发烧 ( 凡是称 : Peltier 效应) 。 热电材料也具有长久的研究汗青 。20 世 纪上半叶对热电材料的研究奠基了近代半导体 学科的根本 。国表里半导体研究范畴的很多著 论理学者都是正在上世纪五十年代后期起头从热电 材料转向以硅为代表的微电子半导体材料研究 的。 热电材料的次要使用次要包罗 : 温差发电 , 半导体系体例冷 , 以及做为传感器和温度节制器正在 微电子器件和 M EMS 中的使用等 。 正在温差发电方面的使用范畴包罗 : 1) 特殊场所利用的电源 。例如 : 放射性同 ( Radioiso2 位 素 温 差 发 电 器 tope Thermoelect ric Gener 鄄 ators , 简称 R T G) 。 美国 NASA 从 Apollo 飞船至 Pioneer 、 Voyager 、 Galileo 和 Ulysses , 已正在 20 多个航天器上利用 R T G 做为电源 。正在俄罗斯 , 有 1000 余个雷同 的 R T G 安拆用于北极圈附近的海洋灯塔 , 具 有免运转 20 年设想寿命 。别的 ,操纵燃油 或木材等燃烧热的小型发电安拆 , 可认为边远 地域 、 野和小部队等供给小功率电源 。 ) 2 正在工业余热 、 废热和低档次热温差发电 方面的潜正在使用 。美国能源部 ( DO E) 于 2003 年 11 月 12 日发布一个 “工业废热温差发电用 电材料机能的环节 。已有研究表白 , 材料的纳 米化 、 低维化 ( 一维纳米线 、 二维薄膜等) 以及结 构空穴都有帮于降低材料的热导率 , 是提高热 电材料机能的最无效路子之一 。 纳米管具有很多特征的物理 、 化学特征 ,是 目前材料 、 物理 、 化学等范畴的国际学术研究热 点 。纳米管布局同时具有纳米量子效应 、 低维 局域效应和空心管对热传导的感化 , 对提 高热电材料机能而言 , 是一种抱负的微不雅布局 形态 。目前常见的碳 、 硅、 碳化硼等纳米管不具 有热电材料所需的特殊能带布局 。 比来 ,正在国度天然科学基金和 “863 打算” 纳米专项的赞帮下 , 成功合成了具有纳米管和 纳米囊 ( 薄壁粗短管 ) 形态的 Bi2 Te3 , 制备了纳 米复合布局块状热电材料 , 正在热电机能方面取 得了必然进展 ( 比国际先辈程度提高 20 %) 。 这项工做的意义是多方面的 : 1) Bi 2 Te 3 是目前机能最好 、 利用最普遍的 2 Te 3 不只是目前已知的室温附近机能 室温型热电材料 ,将其制备成纳米管 ,可进 一步提高其热电机能 。 2) 相关热电材料纳米管 , 此前尚无研究报 道 。我们一方面提出了热电材料纳米管这个概 念 ,同时也获得了纳米管 。 3) Bi 最好的热电材料 , 并且是原子量最大的稳 定二元化合物 ,是一种窄禁带半导体 ,是一种准 层状晶体布局化合物 。这些特征使得 Bi2 Te3 纳米管/ 纳米囊正在热电材料以外的其他研究领 域也具有潜正在的理论研究和使用研究价值 。