1.2 热电材料基本概述：

热电材料是一种将热能和电能直接相互转换的新型半导体功能材料也是一种能将热能和电能相互转换的功能材料, 用不同组分的n 型和p 型热电体可组成半导体制冷和温差发电装置。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。与普通发电机或压缩制冷相比, 半导体温差发电器或制冷器具有结构简单、无噪声、无污染、体积小、可靠性高及燃料适应性广等优点, 可利用废热余热( 如太阳能、地热、工业余热等) 发电, 可用作无环境污染、无噪声污染的制冷或发热系统, 可用作宇宙、航空航天、及军用无振动无噪声发电装置, 可当作电子元器件的冷却装置；航空领域热电转化装置、军用化无声发电、特别是小功率的发电或制冷等方面特别见长, 具有其它方法无法实现的能力。 对于遥远的太空探测器来说，放射性同位素供热的热电发电器是目前唯一的供电系统。已被成功的应用于美国宇航局发射的“旅行者一号”和“伽利略火星探测器”等宇航器上。利用自然界温差和工业废热均可用于热电发电，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的综合社会效益。利用帕尔帖效应制成的热电制冷机具有机械压缩制冷机难以媲美的优点：尺寸小、质量轻、无任何机械转动部分，工作无噪声，无液态或气态介质，因此不存在污染环境的问题，可实现精确控温，响应速度快，器件使用寿命长。还可为超导材料的使用提供低温环境。另外利用热电材料制备的微型元件用于制备微型电源、微区冷却、光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。

目前, 热电材料主要有4 种类型:

（1) 温差电优值( Z·T )较高、最成熟且应用最广的热电材料为Te型化合物热电材料, 如BiTe、PbTe 等, 其室温Z·T 约为1;但强度低, 且易被毒化, 影响了其实际应用和推广;

(2) 填隙Skutterudite 热电材料, 有较优异的热电性能, 其Z·T = (1.0～1.3), 制备技术较困难, 成本偏高, 热导率偏大; 

(3) 近些年研究的硅化物新型热电材料, 具有强的抗氧化性, 材料的各性能稳定, 适合用于中高温区, 且原材料来源丰富, 价格低廉, 制备简单, 但其Z·T 值较低  [Z ·T =( 0.2～0.4) ];

(4) 氧化物热电材料，此材料现阶段研究未成熟。是目前科学研究的主要方向。

因此，热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，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。

由于人们认为金属有良好的导电性能，最初人们对热电材料的注意力集中在金属及其合金方面。而金属的 Seebeck 系数只有 10 μV/K，其热电转换效率最高不超过 0.6%。由于金属的温差发电装置性能很差，人们并未有着的浓厚兴趣。这一度导致热电学进展缓慢。直到本世纪 30 年代，随着固体物理学的发展，尤其是半导体物理的发展，热电材料再次引起人们的极大兴趣。特别是，20 世纪 50 年代前后，前苏联的半导体专家 Ioffe 发现，半导体材料的热电转换效率远比金属材料的高，利用半导体进行温差发电和制冷的设想有望实现，再加上当时人们对热能和电能相互转化方面的迫切需求，从而在全世界范围内掀起了研究热电材料的热潮。随后人们发现小带隙 (small band gap) 掺杂半导体比金属热电效应大很多，研制温差电源和热电制冷器已具有现实意义。这类材料以 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ族及稀土元素为主。一些具有较高热电性能的材料如 Bi2Te3、PbTe、SiGe 等相继问世，Bi2Te3 适用于低温，在室温附近ZT ≈ 1，是目前室温下 ZT 最高的块体热电材料，用于热电冰箱等制冷器。PbTe 适用于 400～800 K 温区，在 600～700 K 温区，ZT ≈ 0.8，用于温差电源。SiGe 适用于 700 K 以上高温，在 1200 K 时，ZT 近似等于 1，是当前 RTG (NASA 用于航天器的温差电源，利用放射性同位素 PU238 自然衰变所释放的热量作稳定热源) 中所使用的热电材料，人们对它们的使用延续至今。论文网