热电材料制备工艺发展概况

热电材料制备工艺发展概况
热电材料原则上可用单晶体生长工艺来制备,但单晶体工艺需要精密的设备, 且操作复杂、成本较高。因此,在实践中热电材料往往采用多晶或定向多晶材料。 通常,制备热电材料的方法是粉末冶金法和区域熔炼法。粉末冶金法制备的温差电材料具有较低的热导率、较高的机械强度,但是却降低了电导率。相对而言, 采用区域熔炼法可制备电导率较高的温差电材料,但同时也提高了材料的热导率。

粉末冶金工艺,常规的有冷压法和热压法,近年来又发展了机械合金法(MA)、 粉碎混合烧结(PIES)法、挤压法和放电等离子烧结法(SPS 法)。通常,PbTe  SiGe 合金用粉末冶金工艺制备,Bi2Te3 及其合金用区域熔炼法,也可用热压工艺 或挤压工艺制备。

热电材料结构形式发展概况
通过将热电材料掺杂制成 P 型和 N 型半导体,将一个 P 型柱和一个 N 型柱用 金属板连接起来,便构成了半导体热电元件的一个基本单元。

目前,常用热电对的结构形式有圆锥型电偶臂热电对、同轴环臂温差热电对、 无限级联温差热电对。圆锥型电偶臂热电对无限级联温差热电对随着纳米科技相关研究蓬勃发展,热电材料亦是欧美日各国在纳米科技中全力发展的重点之一,不论在理论方面或实验方面均有很大的研究空间。纳米材料具有 比块材更大的界面和量子局限化效应,故纳米结构的材料具有新的物理性质,产生 新的界面与现象,这预期会对遭遇提升 ZT 值瓶颈的热电材料有突破性的改善,因 此纳米科技被视为寻找高 ZT 值热电材料的希望。

热电材料产业概况
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料,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。随着空间探索、医用物理学的发展,以及地球环境污染和能源危机的日益严重, 进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。

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