[00123151]温差发电和电子制冷的高性能碲化铋热电材料

热电材料是一种能将电能和热能进行相互转化的半导体材料，通过 Seebeck 效应可以将废热转化成电能，又可以利用其 Peltier 效应实现电子制冷。该项目主要对低温区碲化铋（Bi2Te3）热电材料进行了开发研究，属于能源材料领域。材料应用的性能指标主要用材料的 ZT 值来衡量，材料的 ZT 值达到 2-3，其发电功率和制冷效率即可以取代传统的发电和制冷设备。与现有的能源发电和氟利昂制冷相比，热电设备（发电和制冷）具有无振动、无噪音、无泄漏、体积小、重量轻、对环境无任何污染等优点。目前碲化铋（Bi2Te3）的 ZT 值徘徊在 1 左右，根据经典物理计算得知 ZT 值上限约为 20，热电材料的发展空间巨大。由于碲化铋（Bi2Te3）材料特殊的层片状晶体结构，热电性能和力学性能是相互竞争的两个矛盾因素， 该项目主要提供碲化铋（Bi2Te3）热电材料及机械合金化和放电等离子烧结技术，材料的 ZT 值大于 1，显微硬度、抗弯强度和断裂韧性等力学性能良好。材料制备方法简单、时间短、适用于工业大规模生产。目前授权和申请的发明专利有：（1）一种纳米 SiC/Bi2Te3基热电材料的制备方法(ZL200510130794.4)；（2）一种提高 N 型多晶 Bi2Te3 热电性能的热处理方法（申请号：200710175304.1）；（3）一种细晶择优取向 Bi2Te3 热电材料的制备方法（申请号：200710175308.X）。 ◆应用范围 温差发电的应用领域也十分广泛，如利用工厂废热发电、地热发电、汽车发动机废热发电等。热电制冷的应用领域也十分广泛，如电子技术上的计算机 CPU、光电倍增管、红外探测器、光敏器件、功率器件等；医疗器械上的实时荧光定量 PCR 仪、呼吸机气泵、Nd-YAG激光手术器等；民用上的无环境污染（氟利昂）的制冷冰箱、汽车制冷坐垫、饮水机制冷等。 ◆经济效益及市场分析 温差发电是一种不需要能源（尤其如石油和煤炭等不可再生能源）而采用温差发电的绿色能源技术，从环境和能源角度来说其经济效益不可限量。电子产品在工作中往往随着使用时间的延长，电子元件的使用温度也逐渐提高，导致工作效率下降。这时，电子技术的高效、小型化等发展特点对制冷技术也提出了新的要求。半导体制冷技术呈现出诱人的前景，到本世纪初将有 50%的半导体制冷家电进入家庭使用。一个投资 50-70 万元的半导体制冷器生产厂，年利润可达 15 亿元。