刘超 杨岳洋 南策文 林元华†

1) (清华大学, 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室, 北京 100084)

2) (中南大学, 轻质高强结构材料国家级重点实验室, 长沙 410083)

(2021 年6 月2 日收到; 2021 年8 月30 日收到修改稿)

1 引 言

工业化进程的不断加快带来了现代科技的飞速发展, 同时也造成了环境问题的日益严重和传统能源的过度消耗. 2015 年全球能源消耗相当于13 亿吨石油的总能量, 我国每年有20%—55%的工业能源以废热的形式损耗, 而且能源的消耗量还在逐年激增[1,2], 因此在新时代的背景下, 如何有效地利用废热进行发电、实现“变废为宝”将对能源的高效利用和环境的可持续发展起到至关重要的作用, 相应新能源材料的研发越来越受到广大研究者的关注[3]. 此时, 热电材料渐渐进入了人们的视线,它是一种能直接实现热能和电能相互转换而无需提供其他能量的新型能源材料[4]. 具体来说, 当热电材料两端存在一定的温度差ΔT时, 会随之出现电势差ΔV, 形成闭合电回路后将产生稳定电流,即为所谓的塞贝克效应; 反之, 当有电流通过热电材料时, 将会出现热量的定向流动, 导致材料的两端出现温度差, 即为珀尔帖效应, 其热电转换示意图如图1 所示. 该材料在载人航天、国防军工、汽车制造和微纳电子等, 特别是温差发电和热电制冷等领域具有十分广阔的应用前景[5,6].

图1 热电材料的塞贝克效应和珀尔帖效应示意图[6]Fig. 1. Schematic diagram of Seebeck effect and Peltier effect in thermoelectric materials[6].

开发新型热电材料, 优化材料制备工艺, 使之具有可控的组织结构和……