【儀表網 儀表研發(fā)】能源種類繁多，而且經過人類不斷的開發(fā)與研究，更多新型能源已經開始能夠滿足人類需求。隨著工業(yè)化進程的加快, 世界能源短缺和枯竭已經成為每個國家不容忽視的問題, 嚴重制約著社會長期穩(wěn)定發(fā)展。研究和開發(fā)新能源已經成為能源發(fā)展的趨勢。生活中有許多耗費能源所生成、卻又被廢棄的熱能，例如：汽車尾氣、工廠鍋爐排放的氣體等。
據(jù)了解，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(xiàn)的塞貝克效應和1834年發(fā)現(xiàn)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(jù)。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(tǒng)，熱電發(fā)電對這些應用尤其合適。
因此，熱電材料作為有望解決能源問題的新途徑近些年來引起廣泛關注。相關科學研究人員致力于此研發(fā)。近日，中科院合肥研究院固體所材料應用技術研究室秦曉英研究員課題組在Cu2SnSe3材料體系熱電性能調控方面取得新進展。研究人員通過能帶調整與能量過濾效應顯著提高了材料的功率因子，并大幅降低其晶格熱導，優(yōu)化了材料的熱電性能，使得材料的熱電優(yōu)值提高到1。
熱電材料的轉化效率由無量綱量ZT表示，ZT= S2σT /(κh+κL)，其中S 是熱電勢，σ為電導率，T為溫度，κh和κL分別是電子熱導和晶格熱導。Cu2SnSe3(CSS)作為一種本征低熱導環(huán)境友好型熱電材料引起廣泛關注，但是由于其較低的熱電勢和功率因子(PF=S2σ),使得材料的品質因子受到制約。
為此，科研人員通過在Sn位摻Fe調整其能帶結構，提高價帶頂?shù)暮啿⒍群唾M米能級附近的態(tài)密度使得CSS的載流子遷移率和態(tài)密度有效質量大幅增加，導致熱電勢和功率因子顯著提高。同時，研究人員在Cu2Sn0.95Fe0.05Se3(CSFS)中引入MgO納米顆粒，通過能量過濾效應進一步提高材料的熱電勢，并由于界面散射顯著降低了材料的晶格熱導，使得ZT值在823K提高到1，相對于基體材料提高了2.5倍。
關于熱電材料
熱電材料是一種利用固體內部載流子運動實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉換的功能材料。人們對熱電材料的認識具有悠久的歷史。1823年，德國人塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)了材料兩端的溫差可以產生電壓，也就是通常所說的溫差電現(xiàn)象。1834年，法國鐘表匠珀耳帖(Peltier)在法國《物理學和化學年鑒》上發(fā)表了他在兩種不同導體的邊界附近(當有電流流過時)所觀察到的溫差反常的論文。這兩個現(xiàn)象表明了熱可以致電，而同時電反過來也能轉變成熱或者用來制冷，這兩個現(xiàn)象分別被命名為塞貝克效應和珀耳帖效應。它們?yōu)闊犭娔芰哭D換器和熱電制冷的應用提供了理論依據(jù)。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(xiàn)實意義。
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