纳米复合结构热电材料研究进展.pdf

VO!．15，No．1
第l5卷第1期金属功能材料
2008年2月MetatieFunctionaiMateriatsFebruary，2008

纳米复合结构热电材料研究进展

张晨阳，陈芬，任山

(中山大学物理系光电材料与技术国家重点实验室纳米技术研究中心，广州510275)

摘要：阐述了纳米复合结构热电材料的概念，介绍了制备纳米复合结构热电材料的方法，以及制备过程中存在的
困难，并初步分析了纳米复合结构提高材料热电优值的原因。介绍了纳米复合结构在热电材料制备领域中的应用
现状及其应用前景。
关键词：热电材料；纳米颗粒；纳米复合结构；原位析出
中图分类号：TB34；0472．7文献标识码：A文章编号：1005—8192(2008)01—0053一O4

DevelopmentofThermoelectricNanocomposites

ZHANGChen-yang，CHENFen，RENShan

(TheCentreforNanotechno1ogyResearch，StateKeyLaboratoryof0ptoe1ectronic

MaterialsandTechnologies，SunYet—senUniversity，Guanzhou510275，China)

ABSTRACT：Theproductionprocesses，problemsandperformanceimprovementofthermoelectricnanocomposites

areintroduced．Theimprovementoffigureofmeritofthermoelectricmaterialsbythenanocompositedstructureare

presented．Applicationsandprospectsofthenanocompositesinthemoelectricmaterialproductionarepresented．

KEYWORDS：theromelectricmaterial；nanoparticle；nanocomposite；in—situprecipitation

达到1．35左右[2]，而ZT值从热力学角度上来讲是
1引言
没有上限的[3]。只有将ZT值提高到3以上时，热
半导体热电材料是一种能将热能和电能直接转电转换技术才能在经济上与传统的机械式能量转换
换的固态功能材料。衡量热电材料性能指标的一个模式竞争。由于公式(1)的三个参数之间是耦合的，
重要参数就是优值系数Ⅲ：都是载流子浓度的函数(包括自由电子和空穴)，随
Z=-a．．．Sz
．．——(1)着载流子浓度的增加，和均呈上升趋势，而S则
下降]。因此，仅通过改变材料成份和晶体结构
其中S是材料的温差电动势率(Seebeck系数)，是
制备具有高ZT值的热电材料具有非常大的难度。
材料的电导率，是热导率，包括晶格热导率和
电子热导率。aSz被定义为材料的功率因子。根据固体物理学的基本理论，有以下几种提高
愈大，表示电流通过热电材料的电阻愈小，由于产生ZT值的途径]：①选择最佳载流子浓度；②提高载
焦耳热而造成的热电性能降低也就愈小。愈小，流子迁移率与晶格热导率的比；③改变晶体取向；
表示从热端到冷端的导热损失愈小，有利于提高材④利用改变颗粒尺度而使颗粒间既能导电又声子散
料的热电性能。射显著，以及用颗粒定向分布的方法加以优化；⑤选
设T是材料两端温度的平均值，则ZT为无量择最佳的工作温度及材料的禁带宽度。
纲热电优值，目前一般热电材料的热电优值ZT只良好的热电材料通常具有如下几个性质[7]：(1)

基金项目：教育部回国留学人员基金；广东省科技项目(30100—4202359)；广州市纳米技术专项基金(01～z一12401)
通讯作者：任山，电话／传真：020—84113887／020—84113575，E-mail：[e-mail]
作者简介：张晨阳(1982一)，女，在读硕士，2004年于中山大学获理学学士学位，现在中山大学物理系，师承任山教授，从事纳
米热电材料的研究。

金属功能材料

低热导率，其中品格热导率钆一(0．5～1．0)w／(m热量的能力也增加了，这种散射机制在低温时作用

·K)；(2)高载流子迁移率；(3)多谷能带结构，等价比较明显，高温后不那么有效了_1。
的能谷至少为4个。史迅等人_1B]利用固相反应法和脉冲电流直接
常见的良好的热电材料多由Bi、Te、Pb等元素通电烧结法将C。(<100nm)纳米颗粒掺人CoSb。
构成，目前比较成熟的热电材料主要有3种：适用于基体中制备了CoSb。／c。复合材料。外加的C。纳
室温区的BiTe