文档介绍：温差电材料
第1页，共68页，编辑于2022年，星期一
主要内容
1. 特点
2. 应用
3. 热电（温差电）材料发展简史
4. 存在的问题
5. 基本原理
6. 基本理论
7. 研究的方向
8. 研究方法
9. 本研究组的研均匀导体中有电流通过时，导体中除产生与导体电阻相当的焦耳热之外，还要吸收或放出热量，；这一效应称为汤姆逊效应，这种热量称为汤姆逊热量。在单位时间、单位体积内吸收或放出的汤姆逊热量dH/dt与电流密度J及温度梯度dT/dx成正比的。如电流由低温(T)端流向高温(T+dT)端，则
（3）汤姆逊效应

式中 ---简写为β，称为导体a的汤姆逊系数，单位为V/K，其数值与材料的性质和温度有关。该效应也是可逆的；如电流是由高温端流向低温端，对于为正值的导体为放热，如值为负，则为吸热。因为汤姆逊热量非常小，所以这种效应还没有实际的应用。
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Thomson导出的三个温差电系数间的关系：
这两个关系式称为开耳芬关系式。
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（1911） Altenkirch 通过统计热力学，推导出衡量材料热电性能高低的温差电优值系数Z：
Z＝２／
其中，--材料的Seebeck系数；
--材料的电导率
--材料的热导率
Z值越大材料的热电性能越高。指明了开发高性能热电材料的努力方向。
(4) 温差电优值系数Z
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在很长一段时间里，这两方面的研究都集中在金属材料方面，所取得的应用主要是作测温的热电偶。
曾想利用塞贝克效应进行发电，但试验证明，利用金属材料所得的热电转换效率很低，% 。
V
ice water
T
heating coils
thermocouple

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1949年，前苏联的Ioffe院士将半导体材料及其固体理论引入热电研究领域，用半导体材料代替过去的金属材料，使材料的温差电性能获得了突飞猛进的发展，使其在温差电制冷和发电领域真正获得了广泛的应用。
当对半导体材料进行研究时发现，%以上。
(5) 半导体材料温差电理论
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三、半导体材料基本原理
半导体已成为家喻户晓的名词，收音机是半导体的、电视机是半导体的、计算器及计算机也是半导体的。那么哪些是半导体材料？它有哪些特征？
1 半导体材料的特征
半导体材料在自然界及人工合成的材料中是一个大的部类。顾名思义，半导体在其电的传导性方面，其电导率低于导体，而高于绝缘体。它具有如下的主要特征。
（1）在室温下，它的电导率在103~10-9S/cm之间,S为西门子，电导单位，S=1/r(W. cm) ；一般金属为107~104S/cm,而绝缘体则<10-10，最低可达10-17。同时，同一种半导体材料，因其掺入的杂质量不同，可使其电导率在几个到十几个
数量级的范围内变化，也可因光照和射线辐照明显地改变其电导率；而金属的导电性受杂质的影响，一般只在百分之几十的范围内变化，不受光照的影响。
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（2）当其纯度较高时，其电导率的温度系数为正值，即随着温度升高，它的电导率增大；而金属导体则相反，其电导率的温度系数为负值。
（3）有两种载流子参加导电。一种是为大家所熟悉的电子，另一种则是带正电的载流子，称为空穴。而且同一种半导体材料，既可以形成以电子为主的导电，也可以形成以空穴为主的导电。在金属中是仅靠电子导电，而在电解质中，则靠正离子和负离子同时导电。
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2. 半导体材料的类别
对半导体材料可从不同的角度进行分类例如：
根据其性能可分为高温半导体、磁性半导体、热电半导体；
根据其晶体结构可分为金刚石型、闪锌矿型、纤锌矿型、黄铜矿型半导体；
根据其结晶程度可分为晶体半导体、非晶半导体、微晶半导体，
但比较通用且覆盖面较全的则是按其化学组成的分类，依此可分为：元素半导体、化合物半导体和固溶半导体三大类，见表1。
在化合物半导体中，有机化合物半导体虽然种类不少，但至今仍处于研究探索阶段，所以本书在叙述中只限于无机化合物半导体材料，简称化合物半导体材料。
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半导体材料分类及其开发情况
* 此处所列子项只举其中重要者，并未完全列出。