功能材料—碲化铋
纳米碲化铋的合成及其性能的研究
宁夏大学硕士学位论文第一章绪论纳米Ｂｉ２Ｔｅ３作为一种良好的中低温半导体材料，应用范围广，备受研究者的关注。
目前已有很多研究者在可控合成低维纳米Ｂｉ２Ｔｅ３方面取得了一些可喜的成果，但进一步改善纳米碲化铋的热电性能，发展温差发电和通电制冷对拓宽其潜在应用前景具有重要的科学研究价值和积极意义。
１．２热电效应热电效应是由温差引起的电效应和由电流引起的可逆热效应的总称。
主要包括三个效应：塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆逊效应。
１．２．１塞贝克效应塞贝克效应（ｓｅｅｂｅｃｋ）是一种热能转化成电能的过程，由德国科学家Ｔ．Ｓｅｅｂｅｃｋ于１９世纪２０年代年提出【６】，当两段材质不同的导体的两端均串联在一起，构成一个封闭回路时，如图１一ｌ所示，若使两个接头１和２维持在不同的温度Ｔ１和Ｔ２（ＴＩ＞Ｔ２），即接口处存在温度差，热端的载流子（电子或空穴）就会向冷端聚集，从而形成一个内电场，并阻碍其进一步扩散，当导体内达到平衡时，导体内部无净电荷的定向移动，这个闭合回路中产生温差电流和温差电动势，即在导体ｂ的开路位置Ｙ和ｚ之间，存在电势差，称ｓｅｅｂｅｃｋ电动势。
ｓｃｃｂｅｃｋ系数定义为：＆＝ａ曲（互一五）（１－２）式中，ｓ。
是ｓｅｅｂｅｃｋ电动势，ｓ。
与结点的温差与材料性质有关，比例常数ａ曲称为材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数【４】，单位为一／Ｋ。
通常若在节点ｌ处（热接头），电流由导体口流进导体ｂ，ａ口６为正，反之为负。
可以看出，ｓｅｅｂｅｃｋ系数的数值大小及正负取决于口与ｂ的性质，而与温差梯度的大小、方向无关翻。
一般认为ｐ．型半导体ｓｅｅｂｅｃｋ系数为正，ｎ．型材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数为负。
导体ａＴ２ｙＺ图１．１塞贝克系数示意图１４】宁夏大学硕士学位论文第一章绪论子键的混合键，Ｂｉ．Ｔｅ（２）ｑ，间是共价键，而ＴｅＯ）．Ｔｅ（２）中之间是范德华力。
Ｔｅ、Ｂｉ原子在ＢｈＴｅ３晶核上的结合主要在ａ、ｂ轴方向发生，沿ｃ轴向的电子迁移率和空穴迁移率率分别是沿平行于ａｂ面（解理面）的ｌ缮和ｌ／３，而沿Ｃ轴方向的晶格热导率是沿平行于解理面方向的２倍【ｌ引，所以单晶材料在平行于解理面方向上具有最大热电优值。
碲化铋热膨胀系数
碲化铋热膨胀系数
碲化铋是一种重要的半导体材料，它具有热电性能和光学性能优
异的特点。
而热膨胀系数是衡量材料热胀冷缩能力的物理量，通常用
来描述材料在温度变化条件下的体积变化情况。
下面，我们来介绍一
下碲化铋的热膨胀系数。
碲化铋的热膨胀系数通常是指线膨胀系数，即单位长度变化的比例。
在常温下，碲化铋的线膨胀系数为3.37×10^-6/℃，随着温度的
升高，线膨胀系数也会逐渐增加，达到最大值为3.90×10^-6/℃。
当
温度超过300℃时，则线膨胀系数开始下降。
碲化铋的热膨胀系数与其晶体结构密切相关。
碲化铋属于三方晶系，晶体结构为AB2型，其中A为Bi原子，B为Te原子。
在该结构中，Bi原子与Te原子分别构成两种层状结构，这两种结构之间交错排列。
当温度升高时，由于热运动的影响，原子间的距离会增加，从而导致
晶体结构发生略微的变化，从而引起热膨胀。
碲化铋的热膨胀系数对于其应用性能具有一定的影响。
例如，在
制备碲化铋材料的过程中，需要进行高温烧结，因此热膨胀系数的大
小和变化趋势会对烧结过程中的材料性能和形状稳定性产生影响。
此外，碲化铋材料在多种光电器件、光学器件、电子器件等领域中均有
广泛应用，因此热膨胀系数的值和变化趋势也会对这些器件的性能产
生一定的影响。
总之，碲化铋的热膨胀系数是描述其热胀冷缩能力的重要物理量
之一，它与晶体结构、温度等因素密切相关。
对于制备和应用碲化铋
材料而言，需要关注其热膨胀系数的大小和变化趋势，以保证其材料
性能和器件性能的稳定性。
碲化铋pn结 -回复
碲化铋pn结-回复中括号内的主题是“碲化铋pn结”。
在这篇文章中，我将详细介绍碲化铋pn结的定义、结构、制备方法以及其在电子器件领域中的应用等方面内容。
第一部分：碲化铋pn结的定义和结构（约200-300字）首先，我们来介绍一下碲化铋pn结的定义和结构。
碲化铋pn结是由碲化铋（Bi2Te3）这一半导体材料制成的电子器件。
它由一对不同掺杂的碲化铋半导体材料构成，其中一侧被n型掺杂，另一侧被p型掺杂。
这种结构使得碲化铋pn结在电子器件中可以具有整流、发光、光电等特性。
第二部分：碲化铋pn结的制备方法（约400-500字）接下来，我们将介绍碲化铋pn结的制备方法。
通常，碲化铋pn结可以通过几个步骤制备而成。
首先，制备碲化铋薄膜。
这一步骤通常采用物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等方法，在基底材料上沉积碲化铋薄膜。
其次，对碲化铋薄膜进行掺杂。
掺杂是为了在薄膜中引入额外的电子或空穴，从而形成n型或p型碲化铋材料。
通常，n型材料会采用掺杂剂如碲或硅，在较高温度下进行扩散或离子注入；而p型材料则会采用其他掺杂剂如锡或铊等。
最后，通过制备n型和p型碲化铋薄膜，将它们堆叠在一起，并形成pn 结。
这可以通过将碲化铋薄膜切割成所需的形状，并适当组装在一起来实现。
第三部分：碲化铋pn结的应用（约700-900字）现在，我们将讨论碲化铋pn结在电子器件领域中的应用。
由于碲化铋pn 结具有一系列优异的电子和光学性能，它在各类电子器件中有着广泛的应用。
首先，碲化铋pn结可应用于高效率的光电器件。
由于碲化铋薄膜在可见光谱范围内具有较高的吸收能力，碲化铋pn结可以用于制备高效率的光电探测器和太阳能电池。
此外，通过改变碲化铋薄膜的厚度和掺杂浓度，还可以调节光电器件的光谱响应范围。
其次，碲化铋pn结还可应用于高速电子器件。
由于碲化铋pn结在电场作用下快速响应，其在高速开关和场效应晶体管等器件中有广泛应用。
此外，碲化铋的导电性能优异，使得碲化铋pn结可以用于制备高频率的射频器件。
材料科学基础 功能材料—碲化铋
碲化铋是个半导体材料，具有较好的导电性，但导热性较差。 熔点 ：585℃，密度 ：7.642 g/mL，与水反应或与强氧化剂 反应产生轻微爆炸，与水或湿气反应释放有毒易燃气体; 受 热分解有毒碲氧化物烟雾。
Bi2Te 3 是一种天然的层状结构材料，为 三角晶系。 沿 c 轴方向层与层之间以—Te (1) — Bi—Te (2) —Bi—Te (1) —秩序排列 。 一般认为原子层内部成键方式以共价 键为主，其中 Te (1) —Bi 是共价键与 离子键的混合键，Bi—Te (2) 之间是 共价键，而 Te (1) —Te (2) 之间是范 德华力，两个相邻的 Te 原子层间距为 0. 25 nm。Bi 2 Te 3 晶体具有明显的各 向异性，在垂直于晶体 c 轴的晶面(001) 面，主要靠 Te (1) 与Te (1) 原子 间的范德华力结合，作用力微弱，晶体 易解理。
One
溶剂热法
反应简单易于控制，但看不到反应过程
Two 两步液相反应法
产率高，热电优值高
温差发电：利用海水的温差进行发电。海洋不同水层之间的温差很大，一般表
层水温度比深层或底层水高得多。发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压 下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动 交流电机发电；用过的废蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。 据估算，海洋温差能一年约能发电15×10^8=15亿千瓦。
热电制冷：利用热电效应的制冷方法，工作时制冷器的一端温度就会降低，而另
一端的温度就会同时上升。值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的 方向，将热量输送到另一端。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加 热两种功能。因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
碲化铋热电材料
1、铋系热电材料概述：进入21 世纪以来，随着全球工业化的发展，人类对能源的需求不断增长，在近百年中，工业的消耗主要以化石类能源为主。
人类正在消耗地球50 万年历史中积累的有限能源资源，常规能源已面临枯竭。
全球已探明的石油储量只能用到2020 年，天然气只能延续到2040 年左右，煤炭资源也只能维持2300 年左右。
且这两种化石燃料，在使用时排放大量的CO2、SO2、NO、NO2等有害物质，严重污染了大气环境、导致温室效应和酸雨。
引起全球气候变化，直接影响人类的身体健康和生活质量，严重污染水土资源。
因此，开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。
其中发展新型的、环境友好的可再生能源及能源转换技术引起了世界发达国家的高度重视。
热电半导体是采用热电效应将热能和电能进行直接转换的一种无污染的绿色能源产品。
其中温差发电是利用热电材料的Seebeck效应, 将热能直接转化为电能, 不需要机械运动部件, 也不发生化学反应。
热电制冷是利用Peltier效应, 当电流流过热电材料时, 将热能从低温端排向高温端, 不需要压缩机, 也无需氟利昂等致冷剂。
因而这两类热电设备都无振动, 无噪音, 也无磨损, 无泄漏, 体积小, 重量轻, 安全可靠寿命长, 对环境不产生任何污染, 是十分理想的电源和制冷器。
于是美国能源部、日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划, 我国也将热电列入国家重点基础研究发展计划(973)的大规模发展的新能源计划中。
在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下, 热电技术更成为引人注目的研究发展方向。
热电半导体行业在全球来说作为一个新兴行业,每年以超过1倍的速度增长。
目前, 已经商用的热电行业的原料最主要的是Bi2Te3基热电半导体材料。
商业化的B i2Te3基热电半导体材料以炼铜行业的副产物铋、碲、硒等为原料, 按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3 基热电半导体晶棒。
n型碲化铋的态密度有效质量
n型碲化铋的态密度有效质量
n型碲化铋（Bi2Te3）是一种重要的热电材料，它具有优异的热电性能。
在研究热电材料的性质时，有效质量是一个重要的物理量，它描述了载流子在晶格势场中的运动特性。
对于n型碲化铋，其有效质量可以从不同角度来讨论。
首先，我们可以从理论计算的角度来研究n型碲化铋的态密度有效质量。
理论上，可以使用第一性原理计算方法，如密度泛函理论（DFT）来计算电子的能带结构，并由此推导出有效质量。
通过这种方法，可以得到在费米能级附近的电子的有效质量。
研究表明，n 型碲化铋的费米能级附近的电子有效质量约为0.1至0.15倍电子质量。
其次，实验角度也可以研究n型碲化铋的态密度有效质量。
例如，可以利用磁场下的电学测量方法来研究载流子的运动特性，从而间接地得到有效质量的信息。
通过霍尔效应和磁电导率的测量，可以推导出载流子的有效质量。
实验结果显示，n型碲化铋的有效质量在实验测量值和理论计算值之间存在一定的差异，这可能与材料的缺陷、杂质等因素有关。
此外，从应用角度来看，n型碲化铋的有效质量对于材料的热
电性能具有重要影响。
较小的有效质量通常意味着更高的载流子迁
移率和更好的热电性能。
因此，研究n型碲化铋的有效质量有助于
深入理解其热电性能，并为其在能源转换领域的应用提供理论基础。
综上所述，n型碲化铋的态密度有效质量是一个重要的物理量，可以通过理论计算和实验测量得到。
对于这一问题，我们可以从理
论计算、实验测量和应用三个角度来全面地进行讨论。
希望以上回
答能够满足你的要求。
碲化铋
低温热电材料碲化铋摘要热电材料利用材料本身的物理效应来实现电热之间的转换，既可以利用塞贝克效应将热能转化为电能，也可以利用帕尔贴效应用于制冷领域。
在常温环境里，碲化铋（）系合金材料是研究最成熟、应用最广泛的一类热电材料，性能比其他材料优异。
进一步提高的热电性能及其微型热电器件的制备技术是目前研究的热点。
本文简要介绍了基半导体合金的基本构成、热电性能和制备方法。
AbstractThermoelectric(TE) materials can realize the directly convention of electricity and thermal by the physical effect of the material, which is either used for power generations grounding on Seebeck coefficient or for cooling by Peltier effect. Bismuth telluride()-based alloys are one of the most widely studied and used thermoelectric materials，whose thermoelectric properties are better than other materials.Currently，much attention has been paid to the improvement of the thermoelectric properties ofand the preparation of its thermoelectric micro-devices. This thesis introduced Bismuth telluride()-based alloys’chemical constitution, thermoelectric properties and manufacturing methods.新能源材料和技术是二十一世纪人类可继续发展不可缺少的重要物质和技术基础之一。
功能材料—碲化铋
可由“热电优 值”(Figure of merit) 描述，
其定义为：Z=α2σκ， （α和σ分别为塞贝 克系数和电导率，κ 为热导率）
对所有当时已知的半导体，半金属和许多合金 的热电性能都进行了研究，发现室温下最好的 热电材料是Bi2Te3及其固溶体合金，它的无量 纲ZT值（T为绝对温度）约为1，用其制成的制 冷器件的效率大约只有家用氟利昂压缩机制冷 效率的三分之一，这使得热电材料的研究转入 低潮有三十多年。
Z:
•当前商业化应用的热电材料ZT值的优化 •在室温条件下ZT值最大的是半 提高早在上个世纪六十年代就达到了一 导体合金 个极限，使得热电材料的研究转入了一 个低潮，在随后三十多年的时间内热电 Bi0.5Sb1.5Te2.79Se0.21,它的ZT 材料ZT值基本没有提高。 值在300K的条件下在1.0左右 •在上个世纪九十年代初，随着材料的生 •在高温条件下ZT值最大的是 长和制备技术的发展，人们提出了新的 提高热电材料ZT值的理论方法，使得热 Si0.8Ge0.2半导体合金，在 电材料的研究迎来了新一轮热潮。
铋
性脆，导电和导热
碲
有十分良好的传热和导
性都较差的银白色 金属
电本领的非金属
生成Bi2Te3，并且产生很多神 奇的性能。
碲化铋是一种灰色的粉末，分子式为Bi2Te3。
碲化铋具有较好的导电性，但导热性较差。是个半导
体材料。
Bi2Te3化合物及其固溶体合金是研究最早也是最成熟的热电 材料之一。现在已经被广泛的应用于我们生活的各个角落。
•这几个性质的要求
的理论，同时在实际应用方面做了很多工作， 到了50年代末期，Ioffe及其同事从理论和实验 上证明利用两种以上的半导体形成固溶体，可 使κσ减小，并发现了热电性能较高的制冷和发 电材料，如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶体合金， 展示了通过新材料的研究开发实现热电性能提 高的前景。
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•当前商业化应用的热电材料ZT值的优化 •在室温条件下ZT值最大的是半 提高早在上个世纪六十年代就达到了一 导体合金 个极限，使得热电材料的研究转入了一 个低潮，在随后三十多年的时间内热电 Bi0.5Sb1.5Te2.79Se0.21,它的ZT 材料ZT值基本没有提高。 值在300K的条件下在1.0左右 •在上个世纪九十年代初，随着材料的生 •在高温条件下ZT值最大的是 长和制备技术的发展，人们提出了新的 提高热电材料ZT值的理论方法，使得热 Si0.8Ge0.2半导体合金，在 电材料的研究迎来了新一轮热潮。
热电 制冷器
半导体制冷片 （TE）也叫热 电制冷片，是一 种热泵，它的优 点是没有滑动部 件，并且可以很 方便的在制冷制 热之间转换。应 用在一些空间受 到限制，可靠性 要求高，无制冷 剂污染的场合。
热电制冷 器的研究
•较提出了半导体温差电
应有较小的热导率， 使得能量能保持在 接头附近，还要求 电阻较小，使产生 的焦耳热小。
单通道近似法中，两个Bi2Te3层被
PbTe层隔开，两个Bi2Te3层之间存在 隧道传输和反射。电子通过障碍层 PbTe层产生的隧道效应与障碍层的高 度、障碍层的厚度和电子能量有关。 对能量为ε的电子，隧道传输系数Tr可 表达为:
多层量子阱结构
沉积薄膜使用的基片主要有普通载玻片、冷抛石英玻 相比其它热电薄膜的制备方法，采用磁控溅射方
碲
碲
铋为有银白色光泽的金属，质脆易粉碎；
熔点271.3°C，沸点1560°C，密度9.8克 /厘米3；
•导电导热性差；
铋
•由液态到固态时体积增大。铋在
红热时与空气作用；铋可直接与硫、
自然态的铋
卤素化合；不溶于非氧化性酸，溶 于硝酸、热浓硫酸。铋可制低熔点 合金，用于自动关闭器或活字合金 中；碳酸氧铋和硝酸氧铋用作药物； 氧化铋用于玻璃、陶瓷工业中。
璃片和云母片。 法制备Bi2Te3薄膜和(Bi2Te3/PbTe)n多层膜以及
(PbTe)np/Bi2Te3纳米复合薄膜具有以下优点： （1）膜的沉积温度低、沉积速率较快 （2）制备的薄膜的成分与靶材成分一致性好 （3）适于制备多层结构薄膜 （4）多层膜子层厚度调节范围大，厚度控制精确 （5）材料选择范围广 （6）有利于实现PbTe纳米颗粒的制备与 (PbTe)np/Bi2Te3纳米复合薄膜成型 一体化要求 （7）易于实现工业化生产
《纳米碲化铋化合物的溶剂热合成与热电性能》
褚 颖,王富强,王 忠,魏少红,蒋利军 (北京有色金属研究总院能源所 2010.4.17)
《碲化铋基热电薄膜制备及其热电性能研究》
穆武第 （国防科学技术大学 材料科学与工程 2009.3.30）
热电材料研究的目的就是寻找具有高
ZT值的热电材料和通过人工调制的方 材料的热电优 式进一步提高材料的ZT值。提高ZT值 值及其优化 本质上就是提高α和σ的值而降低κ的 材料的热电优化值 值。
热电现象
热电制冷又称作温差
电制冷，或半导体制 冷，它是利用热电效 应（即帕米尔效应） 的一种制冷方法。
塞贝克（Seeback）效应（第
一热电效应） 帕尔帖效应（第二热电效应） 汤姆逊效应（第三热电效应）
塞贝克（Seeback）效应，它是指由于两种不同电导体
或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热 电现象。 材料的塞贝克效应的大小，用温差电动势率α表示。 材料相对于某参考材料的温差电动势率为
能量在两材料的交界面处 以热的形式吸收或放出。
T——结点处的温度
优点
1、 不需要任何制冷剂，没有污染源没有旋转部件， 工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。 2、 既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高， 但制热效率很高，永远大于1。 3、通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控 制 4、 热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端 散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟， 制冷片就能达到最大温差。 5、 半导体制冷片的反向使用就是温差发电 6、 半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小， 但用并联的方法组合成电堆，功率就可以做的很 大 7、 半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负 温度130℃都可以实现。
•这几个性质的要求
的理论，同时在实际应用方面做了很多工作， 到了50年代末期，Ioffe及其同事从理论和实验 上证明利用两种以上的半导体形成固溶体，可 使κσ减小，并发现了热电性能较高的制冷和发 电材料，如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶体合金， 展示了通过新材料的研究开发实现热电性能提 高的前景。
由两种不同材料p、n所组成的电偶，它们的温差电动
势α pn等于α p与α n之差，即
1837年，俄国物理学家楞 电流流过两种不同导体的 •因此，半导体电子制冷的效果就主要取决于 次（Lenz）发现，电流的 界面时，将从外界吸收热 电荷载体运动的两种材料的能极差，即热电 方向决定了是吸收还是产 量，或向外界放出热量。 生热量，发热（制冷）量 势差。纯金属的导热导电性能好，但制冷效 这就是帕尔帖效应。 的多少与电流的大小成正 物理解释：电荷载体在导 率低（不到1%）。半导体材料具有极高的热 比，比例系数成为“帕尔 体中运动形成电流。由于 电势，可以成功的用来做小型的热电制冷器。 贴系数” 电荷载体在不同的材料中 •经过多次试验，科学家发现：P型半导体 帕尔帖系数π： 处于不同的能级，当它从 π=dQ/IdT 高能级向低能级运动时， （Bi2Te3-Sb2-Te3）和N型半导体（ Bi2Te3便释放出多余的能量；相 式中I——流经导体的电 Bi2-Se3 ）的热电势差最大，应用中能够在接 反，从低能级向高能级运 流，单位为A。 点处表现出明显的制冷效果。 动时，从外界吸收能量。
铋
性脆，导电和导热
碲
有十分良好的传热和导
性都较差的银白色 金属
电本领的非金属
生成Bi2Te3，并且产生很多神 奇的性能。
碲化铋是一种灰色的粉末，分子式为Bi2Te3。
碲化铋具有较好的导电性，但导热性较差。是个半导
体材料。
Bi2Te3化合物及其固溶体合金是研究最早也是最成熟的热电 材料之一。现在已经被广泛的应用于我们生活的各个角落。
•热电制冷作热红外隐身的表面功能器件使用，通电后保持冷 热两面间的温差，使高温部位向低温部位传导的热量和由制 冷效应由低温部位向高温部位输运的热量达到平衡。 •这样热量都集中到高温部位，通过车辆行驶形成的空气交换 作用将热量传输至不易被热红外探测器探测到的地方，最终 达到热红外隐身的目的。
《科学》：碲化铋可大大提高计算机芯片 在2009年6月11日《科学快讯》网络版上，美国物理学
家陈榆林、沈志勋等发表了对碲化铋电子特性的测试 的运行速度 报告。 硅谷在不久的未来也许就要更名了，美 测试结果表明，该材料具有拓扑绝缘体的明显特征， 国科学家已证实，碲化铋可大大提高计算 可使电子在其表面自由流动，同时不损耗任何能量。 机芯片的运行速度和工作效率。使用现有 •据美国物理学家组织网2010年11月3日（北京时间）报道， 半导体技术，此种材料即可允许电子在室 普林斯顿大学扎西德· 哈桑领导的研究小组发现了一种具有 温条件下无能耗地在其表面运动，这将给 “双重性格”新型晶体材料：在极低温度下，晶体内部表 现与普通超导体类似，能以零电阻导电；同时，它的表面 芯片的运行速度带来飞跃，甚至可能会成 是仍有电阻的金属，能传输电流。相关成果发表在《自 为以自旋电子学为基础的下一代全新计算 然· 物理学》杂志上。 机技术的基石。
在50年代至60年代的热电材料研究热潮期间，
可由“热电优 值”(Figure of merit) 描述，
其定义为：Z=α2σκ， （α和σ分别为塞贝 克系数和电导率，κ 为热导率）
对所有当时已知的半导体，半金属和许多合金 的热电性能都进行了研究，发现室温下最好的 热电材料是Bi2Te3及其固溶体合金，它的无量 纲ZT值（T为绝对温度）约为1，用其制成的制 冷器件的效率大约只有家用氟利昂压缩机制冷 效率的三分之一，这使得热电材料的研究转入 低潮有三十多年。
成型是将热电材料制备成热电模块的工序，以
成 型 优 化
往热电材料的成型基本上都是利用粉末冶金的 方法，冷压后烧结成型，但是材料的热电性能 始终得不到根本的提高。 为了提高材料的热电性能和力学性能，最近几 年研究者尝试了许多新的成型工艺试图提高材 料的热电性能和机械性能并取得了较好的效果， 如热压成型、热挤压成型、脉冲电流烧结等。
热电薄膜材料的维数比块体体材料的低，一方面维数的降
低会形成界面散射效应降低材料的热导率，增大材料的ZT 值；当薄膜厚度在纳米量级时还能产生量子禁闭效应提高 材料的功率因子。另一方面，低维热电材料具有高的响应 速度（其响应速度是块体材料的23000倍）、高的冷却和加 热性能、高能量密度和小型静态局域化的能力。 在Bi2Te3单层薄膜研究方面，最引人注目的是2005年捷克 人Walachova制备的Bi2Te3薄膜，用哈曼法测量ZT值最高 为2.65。
那么什么是 热电材料呢？
碲化铋最主要的应用是 作为一种热电材料
1834年法国物理学家帕尔帖在铜丝
的两头各接一根铋丝，在将两根铋 丝分别接到直流电源的正负极上， 通电后，发现一个接头变热，另一 个接头变冷。这说明两种不同材料 组成的电回路在有直流电通过时， 两个接头处分别发生了吸放热现象。 这就是热电制冷的依据。
其中：
K——综合热导率 R——电阻
1200K条件下它的ZT值接近1.0
成 分 优 化
Bi2Te3的热电性能依赖于其化学组成，不同的掺杂成分会改变材料的 导电类型、载流子浓度和迁移率。
Bi2Te3化合物为六面体层状结构，其热电性能是
结 构 优 化
各向异性的，研究初期，为了提高材料的热电性 能，研究者主要采用区域熔炼、布里奇曼等方法 来制备具有一致取向的单晶材料。 V.S.Zemskov等采用czochralski法制备了Bi-Te单晶 材料，采用不同的Sb成分掺杂，材料的最大ZT为 1.35。 近些年有关Bi2Te3基块体热电材料结构优化主要 集中在纳米结构，非晶结构以及在材料中引入新 元素并使之与Bi2Te3材料形成一种插层化合物， 增加声子的散射，降低材料的热导率。