目录

1. 热电学的理论基础和研究现状 1

1.1  热电学的理论基础 1

1.1.1 热电学的研究历史 2

1.1.2 热电效应 3

1.1.3 热电器件转换效率以及热电优值 4

1.1.4 热电传输性能 6

1.2 热电材料的研究现状 6

1.3 碲化铋材料的研究现状 8

1.3.1 碲化铋材料的发展现状 8

1.3.2 碲化铋材料的基础理论 9

1.3.4 低维碲化铋的制备方法 11

1.4 低温水溶液法制备碲化铋的化学反应原理 11

1.5 该课题的研究思路 12

2. pH值对碲化铋纳米晶体物相及热点性能的影响 14

2.1 材料的制备 14

2.1.1 所需要的药品 14

2.1.2 所需要的器材设备 14

2.1.3 实验步骤 14

2.2 反应过程中溶液颜色的变化分析 14

2.3 pH值对碲化铋纳米晶体物相的影响 15

2.4 pH值对热电性能的影响 18

2.4.1 pH值对电导率的影响 18

2.4.2 Ph值对Seebeck系数的影响 18

2.4.3 pH值对功率因子的影响 19

3. 络合物对碲化铋纳米晶物相及热电性能的影响 20

3.1 试样的制备 20

3.2 络合物对碲化铋纳米晶物相的影响 20

3.3 络合剂对热电性能的影响 21

3.3.1 络合剂对电导率的影响 21

3.3.2 络合剂对Seebeck系数的影响 22

3.3.3 络合剂对功率因子的影响 23

4. 结论与展望 25

4.1 结论 25

4.2 展望 25

致谢 26

参考文献 27

1. 热电学的理论基础和研究现状

1.1  热电学的理论基础

能源在人类工业化进程中占据着特别重要的地位，它被誉为工业文明的基石。因此，伴随着当今社会工业化的蓬勃发展，人们对能源的使用需求量呈现出一幅剧烈增加的态势，此外，伴随着未来人口数量的急剧增加以及个人对能源使用需求的逐步提升，可以预见全球能源的使用量将会大大增加。然而，煤炭、石油以及天然气等等一系列不可再生的化石能源是目前人类最主要的能源来源，伴随着人类社会发展对这类不可再生能源需求量的节节攀升，它们正逐步面临着日益枯竭的危险。能源问题已然成为了21世纪人类社会的关键问题。并且，随着人类社会大量的开采和消耗化石能源，它也给地球的生态环境带来了巨大的压力。工业化进程中的环境污染，生态破坏等问题使人类的生存空间逐渐恶化，为了解决这一系列问题以及危机，世界各国已经逐步设施了各种措施。一方面，对如何提高化石能源使用效率的研究步伐逐步加快，例如，研发出更高效率的发动机，以及如何对化石能源燃烧时释放出的大量热量进行吸收利用，另一方面，对可再生新型清洁能源的探索开发方面也在快速发展，例如：①怎样才能对水能、风能和太阳能等一系列清洁能源进行最为高效的利用；②以及研制出燃料电池、储能电池、氢气系统等。

其中,世界各国都十分重视发展新的、环保的可再生能源和能源转换技术。在功能材料中,热电材料占有十分重要的地位。它可以通过固体中载流子的输运来实现热能和电能的转换。并且,基于热电材料所制成的各种设备具有以下优点:①没有震动;②没有噪音;③不会发生泄漏;④体积小;⑤重量轻;⑥对环境无污染等。因此,它是理想的电源和冷却器。因为热电材料器件能够快速有效的对热能进行回收和利用,能够提高能量被利用的效率,因此发展热电材料被认为是一种能够有效缓解能源危机的手段之一。

热电材料的选择可依其运作温度分为三类：

(1)碲化铋及其合金:该材料广泛应用于热电制冷器中,其最佳工作温度为100℃。

(2)碲化铅及其合金:该材料广泛应用于热电发电机中,其最佳工作温度约为1000℃。

(3)SiGe合金:这种材料在热电发电机中也经常使用。最佳工作温度约为1300℃。