纳米复合热电材料研究进展.pdf

第25卷第6期无机材料学报Vol.25No.6
2010年6月JournalofInorganicMaterialsJun.,2010

文章编号:1000-324X(2010)06-0561-08DOI:10.3724/SP.J.1077.2010.00561

纳米复合热电材料研究进展

陈立东,熊震,柏胜强
(中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050)

摘要:低维化和纳米化实现电、声输运特性的协同调控从而优化热电性能是当前热电材料领域的一个重要研究方
向.通过外混、原位复合等方式引入的纳米颗粒能散射具有中长波波长的声子从而降低材料的晶格热导率,同时纳
米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高,纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流
子,从而增大赛贝克系数.纳米颗粒的含量、分散状态以及颗粒本征性质是设计高性能纳米复合热电材料的关键.
对于不同材料体系,外部混合、原位氧化、分相析出等制备方法为实现微结构控制提供了可能.本文以几个典型材
料体系为例介绍微结构调控提高材料热电性能的研究进展,并讨论微结构调控对电、声输运的影响机制.
关键词:微结构;纳米复合;散射;综述
中图分类号:TQ174文献标识码:A

RecentProgressofThermoelectricNano-composites

CHENLi-Dong,XIONGZhen,BAISheng-Qiang

(ShanghaiInstituteofCeramics,ChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,China)

Abstract:Microstructureengineeringisaneffectiveavenuefortuningthethermalandelectricaltransportstoop-
timizethermoelectric(TE)properties.Thermoelectriccompositeswithnano-particledispersionhavebeensuccess-
fullydevelopedbyusingextrinsicorin-situformationmethods.Thelatticethermalconductivitycanbedepressed
bythescatteringeffectsofnanoparticlestothemedium-long-wavelengthphonons.Theenhancedelectrondensity
ofstatesattheFermilevelandthecarrierfilteringeffectscausedbythenano-sizedgrainboundaryarealsopositive
forenhancingSeebeckcoefficients.Themixing,in-situoxidationandphase-separationprecipitationprocesssupply
possibilitytorealizethenano-particledispersedstructurefordifferentmaterialsystems.Thispaperreviewsthere-
centprogressoftheresearchonnano-structuredandnano-compositethermoelectricmaterials.Theeffectsofthe
nano-dispersionontheelectricalandthermaltransportswillbealsodiscussed.
Keywords:thermoelectric;microstructure;nano-composite;scattering;review

热电转换技术可以利用半导体材料的Seebeck表示为ZT=S2σΤ/κ,其中S是Seebeck系数,σ是电
与Peltier效应直接实现热能与电能之间的相互转换,导率,T是绝对温度,κ是热导率.由于决定材料热电
它具有尺寸小、可靠性高、无传动部件、无噪音、性能的三个重要参数S、σ、κ之间是相互关联的,如
无污染等优点,在工业余废热的回收利用以及空间何实现这些参数的独立调控(或协同调控)是提高热
特殊电源等领域具有广阔的应用前景.在当前世界电性能的核心.电子结构、晶体结构、纳米及微米
范围的化石能源短缺、环境污染问题凸显的背景下,尺度的结构要素对固体材料中的电、热输运性质均
开发高性能热电材料和高效热电发电技术受到了工产生重要影响,因此,在多尺度范围内控制材料的
业界的广泛关注和重视.热电材料的性