Si热电材料总结

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1、Si纳米热电材料电子封装1201班报告人：丰瑞学号:U201211051选择si纳米热电材料作为学习的原因当前世界的能源越来越紧缺，但是能源的需求却未曾下降，针对这种能源的状况，使用不可持续的化石能源作为发电的主要原料已经不再适合当今的社会现状，只有开展可持续的发电方式才能缓解甚至解决当前的能源危机。能做到将地球的口J持续能源进行转换的装置冇很多，但在我看来，将热能转换为电能，不仅是对能源危机的一种解决方案，同吋也能解决全球变暖的问题。地球上的热量很多，同时太阳一直对地球的辐射也使得地球一直都保持在一定的温度，使用地热或者空气热是一种可持续的发展方式，所以我

2、将目光集聚到热电材料上来。热电材料的种类很多，但是许多的热电材料的转换效率不高，同时来源非常稀少，所以寻找一•种普遍、高效率的热电材料是必须的。对此我查阅相关的资料，找到了一些关于Si的热电材料，但是由于纯Si的转换效率也不高，所以通过其他物质的掺杂和Si的纳米化以提高转换效率。我比较感兴趣于Si纳米材料的性能的改善原理和效果，所以选择了这个研究方向的了解和学习。热电材料不仅是一种拯救人类未來能源的材料，同时也是一种环保、绿色、高效的材料，对Si热电材料的学习不仅使我了解热电材料的相关机理，也让我逐渐学习到了Si热电材料的相关的热电知识以及其研究方向和发展前

3、景。所以谨此写卜“了这篇热电材料学习的论文。目录研究热电材料的原因⑷热电材料的概述和原理(4)热电材料的分类(5)当前较热门的研究热点材料的方向(5)新型热电材料(6)Si纳米热电材料介绍(8)Si纳米热电材料的优势(9)Si纳米热电材料瓶颈(9)当前Si热电材料研究进展(9)如何改进Si纳米热电材料性能(10)研究热电材料的前景(11)当前热点材料的应用(11)研究热电材料的原因:热屯材料能够宜接将屯能和热能进行互相转化。rti它制成的温差发电器不需要使用任何传动部件，工作时无噪音、无排弃物，和太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染，是一种

4、性能优越、具有广泛应用前景的环境友好型材料。热电材料发电原理：热电材料是利用固体内部载流了和声了的输运，及其相互作用來实现热能和电能Z间相互转换的半导体功能材料。当热电偶两端存在温差时，同一种载流子由于具有不同能量和存在散射等原因，造成载流子的迁移率不同而在材料两端形成电压，通过导线和外电路相连，产生电流，此种现象被称为塞贝克(Seebeck)效应。Seebeck电压AV与热冷两端的温度差AT成正比，即：AV=SAT=S(T2-Tj其中S是塞贝克系数，由材料本身的电子能带结构决定。热电优值公式Z=S2o/k式中：S——材料的塞贝克系数o电导率k——热导率ZT

5、ave7'h丁T.ZTdr热电效率的计算可以表示为』J+ZT1J+ZTa、＜+[由于每种热电材料都冇各自最佳的工作温度范围，因此人们常用Z与温度TZ积ZT这一无量纲值来描述材料的热电性能。如果存在一种热电材料，室温是25°C,热面的温度是100摄氏度，冷面和室温相同，当ZT=1的时候，热电效率大约是0.18o但是当ZT二3时，热点效率大约是33%,完全可以取代当前的非可持续发电方式进行发电。tP*电流AA白动冷却p热W外部电源ww(a)发电简单示意图(b)制冷简单示意图发电图6温差发电与制冷的匸作原理图热电材料的分类：热电材料可以根据很多的物理性质或者化

6、学活性进行分类。其中热电材料根据其工作温度主要可以分为三种：(1)低温型热电材料:一般在300°C以下使用；⑵111温型热电材料:一般在500〜700°C使用；(3)高温型热电材料:使用温度高达1000°C以上当前热门研究的热电材料：(1)Bi-Te系列Bi2Te3基热电材料是室温下性能最好的热电材料，它化学稳定性较好，是目前ZT值最高的半导体热电体材料(ZT值可达到1左右)。(2)Pb-Te系列PbTe的化学键属于金属键类型，具有WC1型晶休结构，属面心立方点阵，其熔点较高(1095K),禁带宽度较大。通常被用作300〜900K范围内的温差发电材料。(3)

7、Si-Ge系列SiGe合金是目前较为成熟的一种高温热电材料,适用于700K以上的高温。材料单质Si和单质Ge的功率因子护。都比较大，但是其热导率也比较高，因此都不是好的热电材料。当Si、Ge形成合金后热导率会有很大的下降，而且这种下降明显大于载流子迁移率变化带来的导电系数影响，考虑到提高Si含量可以得到下面三个方面的有利影响：(1)降低了材料的热导率，使合金具有较大的Seebeck系数；(1)增加了掺杂原子的固溶度，进而获得高的载流子浓度；(2)提高了SiGe合金的禁带宽度和熔点，使其更适合高温下的工作。同时比重小,抗氧化性好，适应于空间上的应用。(3)准品

8、材料(品体与非品体间的固体，完全冇序结构，可以冇品体