【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】能源種類(lèi)繁多，而且經(jīng)過(guò)人類(lèi)不斷的開(kāi)發(fā)與研究，更多新型能源已經(jīng)開(kāi)始能夠滿(mǎn)足人類(lèi)需求。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快, 世界能源短缺和枯竭已經(jīng)成為每個(gè)國(guó)家不容忽視的問(wèn)題, 嚴(yán)重制約著社會(huì)長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。研究和開(kāi)發(fā)新能源已經(jīng)成為能源發(fā)展的趨勢(shì)。生活中有許多耗費(fèi)能源所生成、卻又被廢棄的熱能，例如：汽車(chē)尾氣、工廠鍋爐排放的氣體等。
 

　　據(jù)了解，熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，1823年發(fā)現(xiàn)的塞貝克效應(yīng)和1834年發(fā)現(xiàn)的帕爾帖效應(yīng)為熱電能量轉(zhuǎn)換器和熱電制冷的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。如隨著空間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學(xué)的進(jìn)展以及在地球難于日益增加的資源考察與探索活動(dòng)，需要開(kāi)發(fā)一類(lèi)能夠自身供能且無(wú)需照看的電源系統(tǒng)，熱電發(fā)電對(duì)這些應(yīng)用尤其合適。
 

　　因此，熱電材料作為有望解決能源問(wèn)題的新途徑近些年來(lái)引起廣泛關(guān)注。相關(guān)科學(xué)研究人員致力于此研發(fā)。近日，中科院合肥研究院固體所材料應(yīng)用技術(shù)研究室秦曉英研究員課題組在Cu2SnSe3材料體系熱電性能調(diào)控方面取得新進(jìn)展。研究人員通過(guò)能帶調(diào)整與能量過(guò)濾效應(yīng)顯著提高了材料的功率因子，并大幅降低其晶格熱導(dǎo)，優(yōu)化了材料的熱電性能，使得材料的熱電優(yōu)值提高到1。
 

　　熱電材料的轉(zhuǎn)化效率由無(wú)量綱量ZT表示，ZT= S2σT /(κh+κL)，其中S 是熱電勢(shì)，σ為電導(dǎo)率，T為溫度，κh和κL分別是電子熱導(dǎo)和晶格熱導(dǎo)。Cu2SnSe3(CSS)作為一種本征低熱導(dǎo)環(huán)境友好型熱電材料引起廣泛關(guān)注，但是由于其較低的熱電勢(shì)和功率因子(PF=S2σ),使得材料的品質(zhì)因子受到制約。

 

　　為此，科研人員通過(guò)在Sn位摻Fe調(diào)整其能帶結(jié)構(gòu)，提高價(jià)帶頂?shù)暮?jiǎn)并度和費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度使得CSS的載流子遷移率和態(tài)密度有效質(zhì)量大幅增加，導(dǎo)致熱電勢(shì)和功率因子顯著提高。同時(shí)，研究人員在Cu2Sn0.95Fe0.05Se3(CSFS)中引入MgO納米顆粒，通過(guò)能量過(guò)濾效應(yīng)進(jìn)一步提高材料的熱電勢(shì)，并由于界面散射顯著降低了材料的晶格熱導(dǎo)，使得ZT值在823K提高到1，相對(duì)于基體材料提高了2.5倍。
 

　　關(guān)于熱電材料
 

　　熱電材料是一種利用固體內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。人們對(duì)熱電材料的認(rèn)識(shí)具有悠久的歷史。1823年，德國(guó)人塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)了材料兩端的溫差可以產(chǎn)生電壓，也就是通常所說(shuō)的溫差電現(xiàn)象。1834年，法國(guó)鐘表匠珀耳帖(Peltier)在法國(guó)《物理學(xué)和化學(xué)年鑒》上發(fā)表了他在兩種不同導(dǎo)體的邊界附近(當(dāng)有電流流過(guò)時(shí))所觀察到的溫差反常的論文。這兩個(gè)現(xiàn)象表明了熱可以致電，而同時(shí)電反過(guò)來(lái)也能轉(zhuǎn)變成熱或者用來(lái)制冷，這兩個(gè)現(xiàn)象分別被命名為塞貝克效應(yīng)和珀耳帖效應(yīng)。它們?yōu)闊犭娔芰哭D(zhuǎn)換器和熱電制冷的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。在環(huán)境污染和能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，進(jìn)行新型熱電材料的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。