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研究領域

半導體熱電材料

發布時間:2018-01-25

半導體熱電材料(英文名:semiconductor thermoelectric material)指具有較大熱電效應的半導體材料,亦稱溫差電材料。它能直接把熱能轉換成電能,或直接由電能產生致冷作用。

制備方法編輯

半導體熱電材料的制備方法大致有如下幾種:

(1)粉末冶金法。宜于大批量生產,材料的機械強度高且成分均勻,易于制成各種形狀的溫差電元件,其缺點是破壞了結晶方位,材料密度較小,從而不能獲得高的熱電性能。

(2)熔體結晶法。設備操作簡單,嚴格控制可獲得單晶或由幾個大晶粒組成的晶體,材料性能較好。缺點是不宜大批量生產,材料的機械強度差,切割的材料耗損較大。

(3)連續澆鑄法。宜于大批量生產。缺點是設備費用大,且不易控制。

(4)區域熔煉法。可獲得高質量的單晶材料,雜質分布均勻。缺點是價格昂貴,不宜大批量生產。

(5)單晶拉制法。可獲得高質量的單晶,但單晶爐的結構比較復雜。缺點是不適宜大批量生產。

(6)外延法制取薄膜。該法目前用于Bi2Te3薄膜生長。

應用領域編輯

半導體溫差發電材料用于制備溫差發電機,已應用于海岸掛燈、浮標燈、邊防通訊用電源、石油管道中無人中繼站電源和野戰攜帶電源以及海底探查、宇宙飛船和各類人造衛星用電源。

半導體溫差致冷材料,用于制造各種類型的半導體溫差致冷器,如各種小型冷凍器、恒溫器、露點溫度計、電子裝置的冷卻,以及在醫學、核物理、真空技術等方面都有應用。

發展趨勢

(1)尋求為滿足不同用途和更佳優值系數的新型半導體材料。

(2)對材料的研究愈來愈深入,如將p型Sb2Te3加入Bi2Se3中,組成四元合金,獲得較好的Z值。

(3)發展材料制備工藝,以獲得佳的組織結構。例如,Bi2Te3及以其為基的固溶體在晶體結構上是輝碲鉍礦型結構,有強烈的方向性,平行于解理面的電導率σ是垂直于解理面的4~10倍,熱導率為3~5倍,溫差電優值系數約為2倍,所以取向晶體致冷元件正是利用晶體的這一特點。

(4)以多種材料,按不同的工作溫度范圍配套,改善優值系數。


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