熱電材料及應(yīng)用物理編者按

經(jīng)過上百年的發(fā)展, 人們清楚地認(rèn)識到熱電材料難以取得較高熱電優(yōu)值ZT值的原因在于材料的Seebeck 系數(shù)S、電阻率ρ和電子熱導(dǎo)率κe三個熱電參數(shù)間的強(qiáng)耦合關(guān)系, 即它們都與載流子濃度n密切相關(guān), 很難通過單獨(dú)操控某一參數(shù)提升ZT值. 目前, 熱電性能優(yōu)化策略大致包括兩個方面, 即電學(xué)性能的提升及熱學(xué)性質(zhì)的優(yōu)化. 1) 電學(xué)性質(zhì)方面, 通過能帶工程可實現(xiàn)Seebeck 系數(shù)S和電阻率ρ的解耦, 從而有效提升功率因子PF, 其中能帶收斂、態(tài)密度共振、能帶各向異性以及能帶嵌套是最為典型的能帶工程策略. 此外, 界面工程, 例如能量過濾效應(yīng)和調(diào)制摻雜也可顯著優(yōu)化電學(xué)性質(zhì). 2)熱學(xué)性質(zhì)方面, 通常采用降低聲子弛豫時間或聲子群速度的方法以實現(xiàn)唯一相對獨(dú)立的參數(shù)—晶格熱導(dǎo)率κl的最小化, 包括引入晶格缺陷(點(diǎn)缺陷、納米相、位錯、晶界等)及晶格軟化; 另外, 尋找具有本征低晶格熱導(dǎo)率的新型熱電材料也是一種可行方式, 可通過在具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)晶格非諧性、類液態(tài)行為或低聲速的材料中篩選出具有本征低晶格熱導(dǎo)率的化合物.

可以根據(jù)熱電材料的適用溫區(qū)范圍對熱電材料進(jìn)行分類. 1) 300—550 K 近室溫區(qū)熱電材料.目前達(dá)到商業(yè)化程度的近室溫區(qū)材料為Bi2Te3基熱電材料, 其中p 型Bi0.5Sb1.5Te3材料最高ZT值可達(dá)～1.8. 近年來, n 型Mg3(Sb, Bi)2熱電材料在300—700 K 具有優(yōu)異的熱電性能(ZT峰值可達(dá)～1.8). 2) 550—950 K 中溫區(qū)熱電材料. 包括PbQ(Q= S, Se, Te), SnTe, GeTe, PbTe-AgSbTe2(LAST)及GeTe-AgSbTe2(TAGS)等合金體系. 近年來, 研究人員相繼發(fā)現(xiàn)了更多高性能中溫區(qū)熱電材料, 如方……