熱電材料的應用意義
熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉換的功能材料，1823年發(fā)現的塞貝克效應和1834年發(fā)現的帕爾帖效應為熱電能量轉換器和熱電制冷的應用提供了理論依據。如隨著空間探索興趣的增加、醫(yī)用物理學的進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，熱電發(fā)電對這些應用尤其合適。
對于遙遠的太空探測器來說，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。已被成功的應用于美國宇航局發(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。利用帕爾帖效應制成的熱電制冷機具有機械壓縮制冷機難以媲美的優(yōu)點：尺寸小、質量輕、無任何機械轉動部分，工作無噪聲，無液態(tài)或氣態(tài)介質，因此不存在污染環(huán)境的問題，可實現精確控溫，響應速度快，器件使用壽命長。還可為超導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溫系統，大大拓展了熱電材料的應用領域。 因此，熱電材料是一種有著廣泛應用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現實意義。
特點
制造熱電產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變的材料。其優(yōu)點如下:
（1）體積小,重量輕，堅固,且工作中無噪音;（2）溫度控制可在±0.1℃之內;（3）不必使用CFC(CFC氯氟碳類物質，氟里昂。被認為會破壞臭氣層)，不會造成任何環(huán)境污染;（4）可回收熱源并轉變成電能(節(jié)約能源)，使用壽命長，易于控制。
雖然其優(yōu)點眾多，但目前利用熱電材料制成的裝置其效率(<5%)仍遠比傳統冰箱或發(fā)電機小。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，太空應用和半導體晶片冷卻等產生相當重要的影響。家庭與工業(yè)上的冷卻將因熱電裝置無運動的部件，是堅固的，安靜的，可靠的，且避免使用會破壞臭氣層的含氯氟碳氫化合物。電熱材料需要有高導電性以避免電阻所引起電功率之損失，同時亦需具有低熱傳導系數以使冷熱兩端的溫差不會因熱傳導而改變。
熱電材料的分類
目前電熱材料的選擇可依其運作溫度分為三類：
(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生器的材料，其最佳運作溫度大約為1000℃。
(3)硅鍺合金：此類材料亦常應用于熱電產生器,其最佳運作溫度大約為1300℃。
近年來,納米科技相關研究蓬勃發(fā)展，熱電材料應用的相關研究亦是歐美日各國在納米科技中全力發(fā)展的重點之一，目前不論在理論方面或實驗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，故納米結構的材料具有新的物理性質，產生新的界面與現象，這對提升ZT(熱電優(yōu)值)值遭遇瓶頸的熱電材料預期應有突破性的改善，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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