硕士研究生学术报告心得体会

热电材料制备与性能研究讲座心得体会

2011年11月，哈尔滨师范大学物理与电子工程学院主办了学术讲座，由曲秀荣老师主讲。曲老师结合当前热电材料制备与性能的实际情况，饱含深情地向同学们分析了当前热电材料制备工作所面临的压力并介绍热电材料制备的发展历史以及热电材料制备前景的相关问题。曲老师的报告受到了全体同学的热烈欢迎，通过此报告，使每位同学对当前的会计工作环境有了清醒的认识。

报告主要是围绕热电材料的研究背景热电材料的应用展开，就热电材料研究现状，曲老师即将开展的研究内容等问题展开了介绍。

一、热电材料的研究背景

1.热电材料受到前所未有的关注

2.能源问题推动了热电材料的研究

能源短缺，环境污染，温室效应。

二、热电材料的应用

绿色能源：体积小，重量轻，结构简单，坚固耐用，无需运动部件，无磨损，无噪音，无污染。

1. 什么是热电材料

热电材料（也称温差电材料，thermoelectric materials）是一种利用固体内部载流子运动，实现热能和电能直接相互转换的功能材料。☆什么是热电效应

热电效应是电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总称，包括Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。

Seebeck效应

1823年，德国人Seebeck首先发现当两种不同导体构成闭合回路时，如果两个接点的温度不同，则两接点间有电动势产生，且在回路中有电流通过，即温差电现象或Seebeck效应。

(2)Peltier效应

1834年，法国钟表匠Pletier发现了Seebeck效应的逆效应，即电流通过两个不同导体形成的接点时，接点处会发生放热或吸热现象，称为Peltier效应。

热点转换效率

2. 热电材料研究和应用的瓶颈

提高热电优值ZT的困难在于热电材料自身的Seebeck系数、电导率和热导率不是相互独立的，而是都取决于材料的电子结构以及载流子的传输特性。例如，当通过提高载流子浓度和载流子迁移率来提高电导率时，不仅会增大载流子对热传导的贡献，造成热导率增大，而且往往会降低Seebeck系数。正是由于这三个物理量不能同步调节，热电优值和热电转换效率很难大幅度提高，使得传统块状热电材料的推广应用面临巨大障碍。

多晶硅太阳电池的能量转换效率目前是15%左右，而最好的单晶硅太阳能电池是23%。

☆成本昂贵发电成本是常规能源发电的十倍

☆资源不足高纯多晶硅材料依赖进口

3.热电材料的转机

♦电子结构

费米能级、有效质量、驰豫时间

♦散射机制

载流子（电子、空穴）散射

声子散射

Seebeck系数与有效质量m*成正比，同时与载流子浓度n成反比增大Seebeck系数——提高费米能级附近的状态密度，增大载流子有效质量，降低载流子浓度。

4. 降低晶格热导率

晶格热导率是唯一一个不由电子结构决定的参数

(a) 低温时（≤40 K）处于激发态声子数量少，波长较长，声子散射弱

(b) 高温时（Debye温度以上）比热Cv接近理想值3R

Tm：材料的熔点；ρ：密度；γ：Grneisen常数

ε：原子热震动振幅；A：原子平均重量

增加声子散射

合金化－－引入点缺陷（原子质量波动）－－如固溶体等－－散射短波长声子

晶界散射－－引入大量晶界－－如球磨、纳米结构、超晶格－－散射长波长声子

纳米尺度成分不均匀材料－－成分波动、界面应力等－－散射中程波长声子

增大晶格周期－－结构复杂、声子平均自由程缩短－－散射短波长声子

声子玻璃电子晶体－－声子衰减效应－－散射短波长声子

5.目前已发现的主要热电材料体系

☆Bi2Te3/Sb2Te3体系

☆PbTe体系

☆SiGe体系

☆CoSb3为代表的方钴矿型(Skutterudite)热电材料

☆Zn4Sb3

☆金属硅化物（如β-FeSi2、MnSi2、CrSi2等）

☆NaCo2O4为代表的氧化物等

三．即将开展的研究内容

1.图3 溶胶-凝胶法制备Ca3Co4O9+δ系列氧化物的工艺流程

步入研究生学习以后，学院给我们安排了许多的前沿讲座，通过这次讲座不见给我带来了最新的学科前沿知识，也交给了我积极乐观的心态和乐观的生活态度，也让我对于以后的工作有了一些基本的了解，对未来有了自己的想法。

这样的讲座都让我受益匪浅，学到了血多书本上所没有的知识，开阔了视野，同时让我收获了些人生的一些道理。所有的这些都让我

对于自己和未来有了更清晰的认识，有了自己的目标和方向，不断的努力和前进。