热电材料是利用其内部载流子和声子的输运直接实现电能和热能转化的绿色功能材料，热电材料高科技领域和民用领域都有着广泛的应用[1]。热电材料研究史已超过100年。尽管热电材料的应用前景被科学家所看好，但其转化效率仍然比较低，制约着热电材料的应用，例如，在发电领域，普通的热机发电效率约为35%，而现有的热电器件热电转换效率只有10%左右[2]。当前热电领域的重中之重就是寻求新手段制备、提高现有热电材料的ZT值，发展科学手段和理论发现新型热电材料，弥补现存热电材料转化效率低的不足。论文网

1。2  热电学基本理论

1。2。1  热电学研究史

1。2。2 热电效应

热电效应是电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总称[12]， Seebeck效应，Peltier效应和Thomson效应都是材料的热电效应。这三种效应并不是独立的，Kelvin将这三种关系紧密联系在一起。这三种效应分别不同描述了电输运与热输运之间的联系，也道出了不同热电材料不同的应用方向，为热电材料的实际应用奠定了理论基础。根据这三个效应，以及相应的热电材料，能够制备出各种各样的热电器件，这些器件能够将热能转化为电能，也可以将电能转化为热能，两者之间的转化为可逆的，并且可以直接转化。接下来，我们将介绍这三种效应。

（1） Seebeck效应

如图1。1所示，在两个不同半导体a、b组成的闭合回路中，若接头A和B间有温度差，则回路中会有温差电流和产生电流的温差电动势。这个效应便为Seebeck效应。

在讨论这个现象时，一般采用开路（a），接头A的温度为T2，接头B的温度为T1，在温度为T0的开路两端，产生了温差电动势ab。

令T2=T1+△T，定义 （1。1），如果△T很小，则这个关系为线性的，也即Sab为常数，称其为两种导体的相对Seebeck系数，即：

                          （1。2）

Seebeck系数的常用单位为μV/K，S的正负取决于导体材料种类和接头处的温度状态。一般而言，P型半导体的S为正； N型半导体的S为负。

Seebeck效应的微观机制可以用温度梯度下载流子再分布和以此形成的内电场解释。以P型半导体为例（载流子为空穴），若半导体内部温度均匀，则载流子均匀分布；若半导体两端存在温度差，内部形成均匀温度梯度，见图1。2，P型半导体一端温度为T0，另一端为T0+△T，载流子浓度在未达到饱和时均随温度指数增大，因此，空穴便从浓度高的高温端向浓度低的低温端扩散，在低温端积累空穴，这样半导体内部会因空穴的不均匀分布产生一个方向为温度梯度的电场。在电场作用下，空穴受到一个指向高温端的电场力，使之沿电场方向漂移，当空穴漂移和扩散运动相平衡时达到稳定状态，这时半导体内部具有一个电场，两端形成电势差，该电势差即为赛贝克电势。

利用Seebeck效应，可以将热能直接转化为电能，是实现温差发电及其应用的理论基础。         

图1。1  Seebeck效应

图1。2  Seebeck电势形成原理

（2） Peltier效应

Peltier效应是电能转化为热能的效应，与Seebeck效应互为逆效应。如图1。3，a和b是两个不同材料的导体，它们连接后通以电流，在接头处会有吸放热现象出现。若电流从a流向b，dQ/dt代表接头的吸放热速率，I为电流，则：

πab为Peltier系数，单位为V。πab为正时，吸收热量，反之则放出热量。