Cu2SnS3-xAgSnSe2复合材料的制备与热电性能文献综述

 2021-12-22 09:12

全文总字数:7567字

文献综述

文 献 综 述1、研究背景及意义人类社会正面临着不断增长的能源需求与大量一次能源消耗带来的全球变暖和环境恶化的矛盾和压力。

热电材料是一种新型功能材料,可以直接将热能转换为电能,它具有体积小,无运动部件,安全稳定,不产生污染物等优点,在余热回收利用、热电制冷等相关领域具有广泛的应用前景. 但是,现有的热电材料其热电性能还不够好,转换效率还远远不够,所以需要研制出更好的热电材料,对其热电性能能够带来更大的提升或者优化,这对于解决我国的环境污染问题以及能源危机问题具有重要意义。

2、研究进展2.1热电材料三大效应1821年,德国科学家塞贝克(Seebeck)发现塞贝克效应(Seebeck effect)。

Seebeck效应本质上是由于温度梯度作用下导体内载流子分布发生变化而引起的. 当温度梯度在导体内建立后, 处于热端的载流子具有较大的动能, 趋于向冷端扩散堆积, 使得冷端的载流子数目多于热端. 当冷热两端达到平衡时(无净电荷定向移动)的电势差ΔV就是Seebeck电势. 当两端的温差ΔT较小时, ΔV与ΔT呈线性关系, 其比例系数即为塞贝克系数S (单位为μV/K) [1]:S = ΔV/ΔT (ΔT → 0)Peltier效应是Seebeck效应的逆效应, 由构成回路的两种导体中载流子势能差异产生的. 当载流子从一种导体通过接头处进入另一种导体时, 需要在接头附近与晶格发生能量交换, 以达到新的平衡, 从而产生吸热与放热现象. 该过程中吸热或放热的速率Q, 与回路中的电流I成正比, 比例系数即为珀尔贴系数(单位为W/A) [1]:πab = Q/I上述两个效应的发现都涉及到由两种不同导体组成的回路, 而汤姆逊效应则是存在于单一均匀导体中的热电转换现象. 假设流过一个均匀导体的电流为I, 施加于电流方向上的温差为ΔT, 则在这段导体上的吸热或放热速率为q = βIΔT式中β为比例常数, 定义为汤姆逊系数(单位为V/K) [1]. 2.2 热电材料的评估参数热电优值(ZT)是衡量热电材料性能的一个重要指标,ZT=(S2T)/(ρλ),其中S、ρ、λ和T分别是塞贝克系数、电阻率、热导率和绝对温度。

根据ZT公式,好的热电材料应该具有高功率因子和低热导率两个特征。

优值越大,材料的热电性能越好。

但是,决定热电优值Z的三个物理参数S、ρ和λ之间相互关联,很难通过独立调控其中的某个参数实现热电优值的显著提升,这也是目前为止很少有材料体系的ZT值突破1的主要原因。

[2,3]2.3 热电材料的研究进展及应用在上世纪60年代至90年代,热电材料的研究几乎止步不前。

到了1993年,Dresselhaus团队[4,5]通过理论研究证明,低维化材料具有低的热导率和量子限制效应,ZT值会得到提高。

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