1.2.2 Bi2Te3的纳米化

理论上，Bi2Te3材料的无量纲热电优值ZT最高可达4，可实际上，该材料在室温下无量纲热电优值一直在0.8左右。但是，如果将Bi2Te3进行低维化处理，就可以提升Bi2Te3材料的无量纲热电优值。希克斯(Hicks)和德雷斯尔豪斯(Dresselhaus)是最早提出研发纳米级别热电材料的人，他们计算后得出材料的热电性能会在某一维减小到几个原子间距的情况下得到明显提高。这一理论后来在PbTe体系的实验中得到了Harman等人的验证，认为当载流子迁移率达到某一特定值时，便可以大幅提高材料的塞贝克系数。

与此同时，把Bi2Te3材料细化到纳米级别的亦将有望提高其性能。在所有的研究结果中，当属Venkatasubramian等人的最能振奋人心[8,9]。经由他们之手合成出的Bi2Te3的P型半导体超晶格结构无量纲热电优值ZT可达到2.4，N型半导体超晶格结构能达到1.2。能实现这一成果主要归功于这种晶格结构把材料的热导率极大程度地降低了。0.22W/mK的结果己经非常接近Slack的理论最小值。

随着时代的进步，科技水平也已经日新月异，随之而来的将会是更多热电优值进一步提高的材料，热电元器件也会随之持续提升自身的性能。不过也有科研人员认定[7]，Bi2Te3基热电材料在很长一段时间内仍将会是制作先进的热电器件的基本材料。同时短期内，热电研究的重点仍然将聚焦在如何把Bi2Te3基材料进行纳米化以及怎样使热电优值更上一层楼，以期优化材料的热电性能。

1.2.3 Bi2Te3纳米晶体合成进展

传统热电工业中Bi2Te3基材料主要通过粉末冶金生长和熔体生长这两种途径获得[5]，以上两种方法生长出的材料晶体体积略大。这几年里，为了可以得到热电性能更高的材料，就必须将热电材料低维化至纳米级别。在相关科研人员探究的各种新的制备方法中，水热合成法和氧化铝模板法最为有效也比较稳定。

最早将Bi2Te3基热电材料带入了一维纳米时代的是C.R.Martin与其搭档，他们使用电沉积法和多孔的铝模板制备得到直径约为200nm，长度约为60μm的Bi2Te3纳米线[10]。后来多孔铝模板模板孔径因工艺的精良化而减小，电沉积的制备工艺也随时代而进步，M.S.Sander等人得到了更微小的Bi2Te3纳米线阵列，其直径分别可以到达75nm,50nm甚至是25nm，如此一来纳米热电材料的比表面积也相应变得更大[11-13]。

与此同时，用溶剂热低温只通过简单的反应便可制备得到Bi2Te3纳米晶体的方法也首次被钱逸泰等人提出[14]。邓原则采用N-N一二甲基甲酞胺(DMF)为溶剂，将BiCl3,Te,KOH和KBH4等试剂混合溶于其中[15]，加热至100-1800℃保持10-50h的反应时间，最终产物Bi2Te3纳米晶体将具有不同的微观形貌特征。在Bi2Te3纳米颗粒的合成过程中往往加入KBH4来还原反应物。而像EDTA——乙二胺四乙酸二钠此类络合剂因其有多个官能团，能够控制最终产物纳米粉末的微观形貌，而亦在反应时常被用到。控制温度在1800℃的条件下并使用EDTA作为络合剂，便可得到棒状形貌的Bi2Te3[16]。

1.2.4 Bi2Te3-ySey三元合金

从材料的组成方面来说，将Bi2Te3其他元素形成固溶体合金可以提高Bi2Te3纳米晶热电性能的有效途径。这种手段是在材料的晶体结构中引入适当的短程无序而不改变晶格的长程有序。这种点缺陷不会对波长相对较长的载流子产生较强的散射,还可以在保持迁移率不发生明显变化的情况下降低材料的热导率，从而达到优化材料无量纲热电优值ZT的目的。此外，材料的热电性能强烈依赖于费米能级，而费米能级的高低主要由载流子浓度决定。掺杂适当元素，能够有效调节载流子浓度, 进而优化材料的热电性能。