熱電材料的應(yīng)用意義
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，需要開發(fā)一類能夠自身供能且無需照看的電源系統(tǒng)，熱電發(fā)電對這些應(yīng)用尤其合適。
對于遙遠(yuǎn)的太空探測器來說，放射性同位素供熱的熱電發(fā)電器是目前唯一的供電系統(tǒng)。已被成功的應(yīng)用于美國宇航局發(fā)射的“旅行者一號”和“伽利略火星探測器”等宇航器上。利用自然界溫差和工業(yè)廢熱均可用于熱電發(fā)電，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的綜合社會效益。利用帕爾帖效應(yīng)制成的熱電制冷機(jī)具有機(jī)械壓縮制冷機(jī)難以媲美的優(yōu)點(diǎn)：尺寸小、質(zhì)量輕、無任何機(jī)械轉(zhuǎn)動部分，工作無噪聲，無液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)，因此不存在污染環(huán)境的問題，可實(shí)現(xiàn)精確控溫，響應(yīng)速度快，器件使用壽命長。還可為超導(dǎo)材料的使用提供低溫環(huán)境。另外利用熱電材料制備的微型元件用于制備微型電源、微區(qū)冷卻、光通信激光二極管和紅外線傳感器的調(diào)溫系統(tǒng)，大大拓展了熱電材料的應(yīng)用領(lǐng)域。 因此，熱電材料是一種有著廣泛應(yīng)用前景的材料，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。
特點(diǎn)
制造熱電產(chǎn)生器或熱電致冷器的材料稱為熱電材料,是一種將電能與熱能交互轉(zhuǎn)變的材料。其優(yōu)點(diǎn)如下:
（1）體積小,重量輕，堅(jiān)固,且工作中無噪音;（2）溫度控制可在±0.1℃之內(nèi);（3）不必使用CFC(CFC氯氟碳類物質(zhì)，氟里昂。被認(rèn)為會破壞臭氣層)，不會造成任何環(huán)境污染;（4）可回收熱源并轉(zhuǎn)變成電能(節(jié)約能源)，使用壽命長，易于控制。
雖然其優(yōu)點(diǎn)眾多，但目前利用熱電材料制成的裝置其效率(<5%)仍遠(yuǎn)比傳統(tǒng)冰箱或發(fā)電機(jī)小。所以若能大幅度提升這些熱電材料的效率，將對廣泛用于露營的手提式致冷器，太空應(yīng)用和半導(dǎo)體晶片冷卻等產(chǎn)生相當(dāng)重要的影響。家庭與工業(yè)上的冷卻將因熱電裝置無運(yùn)動的部件，是堅(jiān)固的，安靜的，可靠的，且避免使用會破壞臭氣層的含氯氟碳?xì)浠衔铩ｋ姛岵牧闲枰懈邔?dǎo)電性以避免電阻所引起電功率之損失，同時(shí)亦需具有低熱傳導(dǎo)系數(shù)以使冷熱兩端的溫差不會因熱傳導(dǎo)而改變。
熱電材料的分類
目前電熱材料的選擇可依其運(yùn)作溫度分為三類：
(1)碲化鉍及其合金：這是目前被廣為使用于熱電致冷器的材料，其最佳運(yùn)作溫度<450℃。
(2)碲化鉛及其合金：這是目前被廣為使用于熱電產(chǎn)生器的材料，其最佳運(yùn)作溫度大約為1000℃。
(3)硅鍺合金：此類材料亦常應(yīng)用于熱電產(chǎn)生器,其最佳運(yùn)作溫度大約為1300℃。
近年來,納米科技相關(guān)研究蓬勃發(fā)展，熱電材料應(yīng)用的相關(guān)研究亦是歐美日各國在納米科技中全力發(fā)展的重點(diǎn)之一，目前不論在理論方面或?qū)嶒?yàn)方面均有很大的研究空間，納米材料具有比塊材更大的界面，以及量子局限化效應(yīng)，故納米結(jié)構(gòu)的材料具有新的物理性質(zhì)，產(chǎn)生新的界面與現(xiàn)象，這對提升ZT(熱電優(yōu)值)值遭遇瓶頸的熱電材料預(yù)期應(yīng)有突破性的改善，故納米科技目前被視為尋找高ZT值熱電材料的希望。 |
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