碲化铋热电材料

1 、铋系热电材料概述： 进入 21 世纪以来，随着全球工业化的发展，人类对能源的需求不断增长，在近百年中，工业的消耗主要以化石类能源为主。人类正在消耗地球 50 万年历史中积累的有限能源资源，常规能源已面临枯竭。全球已探明的石油储量只能用到 2020 年，天然气只能延续到 2040 年左右，煤炭资源也只能维持 2300 年左右。且这两种化石燃料，在使用时排放大量的 CO2、SO2、NO、NO2 等有害物质，严重污染了大气环境、导致温室效应和酸雨。引起全球气候变化，直接影响人类的身体健康和生活质量，严重污染水土资源。因此，开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。 其中发展新型的、环境友好的可再生能源及能源转换技术引起了世界发达国家的高度重视。热电半导体是采用热电效应将热能和电能进行直接转换的一种无污染的绿色能源产品。其中温差发电是利用热电材料的 Seebeck 效应, 将热能直接转化为电能, 不需要机械运动部件, 也不发生化学反应。热电制冷是利用Peltier效应, 当电流流过热电材料时, 将热能从低温端排向高温端, 不需要压缩机, 也无需氟利昂等致冷剂。因而这两类热电设备都无振动, 无噪音, 也无磨损, 无泄漏, 体积小, 重量轻, 安全可靠寿命长, 对环境不产生任何污染, 是十分理想的电源和制冷器。于是美国能源部、日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划, 我国也将热电列入国家重点基础研究发展计划(973)的大规模发展的新能源计划中。在 21 世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下, 热电技术更成为引人注目的研究发展方向。热电半导体行业在全球来说作为一个新兴行业,每年以超过 1 倍的速度增长。目前, 已经商用的热电行业的原料最主要的是 Bi2Te3 基热电半导体材料。商业化的 B i2Te3 基热电半导体材料以炼铜行业的副产物铋、碲、硒等为原料, 按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到 Bi2Te3 基热电半导体晶棒。热电半导体产业化可将提纯制造为主原料的产业将延伸至目前国际上最为热门的新材料、新能源高新产业, 这对于提升稀缺原料附加值, 发展高技术材料加工运用技术具有十分重要的意义。 温差发电是 Seebeck 效应在发电技术方面的应用, 而材料的 ZT 值决定了其发电效率。在低品位废热< 400℃在回收利用范围上, Bi2Te3 基热电材料的 ZT 值是最高的，其优值系数可高达 3×10-3~6×10-3K-1，也是...