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半導體熱電材料
發(fā)布時間:2018-01-25
半導體熱電材料(英文名:semiconductor thermoelectric material)指具有較大熱電效應的半導體材料,亦稱溫差電材料。它能直接把熱能轉換成電能,或直接由電能產生致冷作用。
制備方法編輯
半導體熱電材料的制備方法大致有如下幾種:
(1)粉末冶金法。宜于大批量生產,材料的機械強度高且成分均勻,易于制成各種形狀的溫差電元件,其缺點是破壞了結晶方位,材料密度較小,從而不能獲得高的熱電性能。
(2)熔體結晶法。設備操作簡單,嚴格控制可獲得單晶或由幾個大晶粒組成的晶體,材料性能較好。缺點是不宜大批量生產,材料的機械強度差,切割的材料耗損較大。
(3)連續(xù)澆鑄法。宜于大批量生產。缺點是設備費用大,且不易控制。
(4)區(qū)域熔煉法。可獲得高質量的單晶材料,雜質分布均勻。缺點是價格昂貴,不宜大批量生產。
(5)單晶拉制法??色@得高質量的單晶,但單晶爐的結構比較復雜。缺點是不適宜大批量生產。
(6)外延法制取薄膜。該法目前用于Bi2Te3薄膜生長。
應用領域編輯
半導體溫差發(fā)電材料用于制備溫差發(fā)電機,已應用于海岸掛燈、浮標燈、邊防通訊用電源、石油管道中無人中繼站電源和野戰(zhàn)攜帶電源以及海底探查、宇宙飛船和各類人造衛(wèi)星用電源。
半導體溫差致冷材料,用于制造各種類型的半導體溫差致冷器,如各種小型冷凍器、恒溫器、露點溫度計、電子裝置的冷卻,以及在醫(yī)學、核物理、真空技術等方面都有應用。
發(fā)展趨勢
(1)尋求為滿足不同用途和更佳優(yōu)值系數(shù)的新型半導體材料。
(2)對材料的研究愈來愈深入,如將p型Sb2Te3加入Bi2Se3中,組成四元合金,獲得較好的Z值。
(3)發(fā)展材料制備工藝,以獲得佳的組織結構。例如,Bi2Te3及以其為基的固溶體在晶體結構上是輝碲鉍礦型結構,有強烈的方向性,平行于解理面的電導率σ是垂直于解理面的4~10倍,熱導率為3~5倍,溫差電優(yōu)值系數(shù)約為2倍,所以取向晶體致冷元件正是利用晶體的這一特點。
(4)以多種材料,按不同的工作溫度范圍配套,改善優(yōu)值系數(shù)。
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