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半导体热电材料 更新时间:2017-06-09 10:25

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半导体热电材料(英文名:semiconductor thermoelectric material)指具有较大热电效应的半导体材料,亦称温差电材料。它能直接把热能转换成电能,或直接由电能产生致冷作用。

制备方法

半导体热电材料的制备方法大致有如下几种:

(1)粉末冶金法。宜于大批量生产,材料的机械强度高且成分均匀,易于制成各种形状的温差电元件,其缺点是破坏了结晶方位,材料密度较小,从而不能获得高的热电性能。

(2)熔体结晶法。设备操作简单,严格控制可获得单晶或由几个大晶粒组成的晶体,材料性能较好。缺点是不宜大批量生产,材料的机械强度差,切割的材料耗损较大。

(3)连续浇铸法。宜于大批量生产。缺点是设备费用大,且不易控制。

(4)区域熔炼法。可获得高质量的单晶材料,杂质分布均匀。缺点是价格昂贵,不宜大批量生产。

(5)单晶拉制法。可获得高质量的单晶,但单晶炉的结构比较复杂。缺点是不适宜大批量生产。

(6)外延法制取薄膜。该法目前用于Bi2Te3薄膜生长。

应用领域

半导体温差发电材料用于制备温差发电机,已应用于海岸挂灯、浮标灯、边防通讯用电源、石油管道中无人中继站电源和野战携带电源以及海底探查、宇宙飞船和各类人造卫星用电源。

半导体温差致冷材料,用于制造各种类型的半导体温差致冷器,如各种小型冷冻器、恒温器、露点温度计、电子装置的冷却,以及在医学、核物理、真空技术等方面都有应用。

发展趋势

(1)寻求为满足不同用途和更佳优值系数的新型半导体材料。

(2)对材料的研究愈来愈深入,如将p型Sb2Te3加入Bi2Se3中,组成四元合金,获得较好的Z值。

(3)发展材料制备工艺,以获得最佳的组织结构。例如,Bi2Te3及以其为基的固溶体在晶体结构上是辉碲铋矿型结构,有强烈的方向性,平行于解理面的电导率σ是垂直于解理面的4~10倍,热导率为3~5倍,温差电优值系数约为2倍,所以取向晶体致冷元件正是利用晶体的这一特点。

(4)以多种材料,按不同的工作温度范围配套,改善优值系数。

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