技術(shù)領(lǐng)域

一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式涉及熱電材料及硫?qū)倩锘衔铮腋唧w而言，涉及均具有低的熱導(dǎo)率和高的塞貝克系數(shù)的熱電材料和硫?qū)倩锘衔铩?/p>

背景技術(shù)

通常，熱電材料用于主動(dòng)冷卻、廢熱發(fā)電、以及珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)的其它類似應(yīng)用。圖1是說(shuō)明利用珀耳帖效應(yīng)的熱電冷卻的示意圖。參照?qǐng)D1，珀耳帖效應(yīng)是當(dāng)外部施加DC電壓時(shí)，p型材料的空穴和n型材料的電子被傳輸以導(dǎo)致在所述p型和n型材料兩者的一側(cè)吸熱的現(xiàn)象。圖2是說(shuō)明利用塞貝克效應(yīng)的熱電發(fā)電的示意圖。參照?qǐng)D2，塞貝克效應(yīng)是當(dāng)從外部熱源提供熱時(shí)，在電子和空穴被傳輸?shù)耐瑫r(shí)在材料中產(chǎn)生電流以導(dǎo)致發(fā)電的現(xiàn)象。

使用這樣的熱電材料的主動(dòng)冷卻改善器件的熱穩(wěn)定性，不造成振動(dòng)和噪聲，且不使用單獨(dú)的冷凝器和制冷劑，并且主動(dòng)冷卻方法是環(huán)境友好的。因此，可將使用這樣的熱電材料的主動(dòng)冷卻應(yīng)用于無(wú)制冷劑的制冷機(jī)、空氣調(diào)節(jié)器、多種微冷卻系統(tǒng)等。具體而言，當(dāng)將熱電器件附于存儲(chǔ)設(shè)備或者其它計(jì)算機(jī)設(shè)備時(shí)，可使所述設(shè)備的溫度保持均勻和穩(wěn)定，特別是與常規(guī)冷卻方法相比。因此，所述存儲(chǔ)設(shè)備或者其它計(jì)算機(jī)設(shè)備可具有改善的性能。

同時(shí)，當(dāng)將熱電材料用于利用塞貝克效應(yīng)的熱電發(fā)電時(shí)，通過(guò)所述熱電材料提取廢熱并轉(zhuǎn)化為電能。因此，熱電材料可應(yīng)用于提高能量效率或者對(duì)廢熱進(jìn)行再利用的許多領(lǐng)域中，例如用在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)和抽氣機(jī)、廢物焚燒爐、煉鐵廠中的廢熱、利用人體熱的人體內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備的電源、以及其它應(yīng)用中。

使用如以下方程1中定義的無(wú)量綱品質(zhì)因數(shù)ZT表示熱電材料的性能效率。

數(shù)學(xué)式1

ZT=S2σTk]]>

此處，S為塞貝克系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，T為絕對(duì)溫度，和κ為熱電材料的熱導(dǎo)率。

為了提高無(wú)量綱品質(zhì)因數(shù)ZT的值，需要開(kāi)發(fā)具有高的塞貝克系數(shù)和高的電導(dǎo)率以及低的熱導(dǎo)率的材料。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式包括具有低的熱導(dǎo)率和高的塞貝克系數(shù)的熱電材料。

一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式包括具有低的熱導(dǎo)率和高的塞貝克系數(shù)的硫?qū)倩锘衔铩?/p>

一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式包括具有較低的熱導(dǎo)率和高的塞貝克系數(shù)的單晶或多晶熱電材料。

另外的方面將在以下描述中部分地闡明，并且部分地從該描述明晰，或者可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐而獲知。

一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式可包括熱電材料，其包括由下式表示的硫?qū)倩锘衔铮?/p>

(A_1-aA′_a)_4-x(B_1-bB?′_b)_3-y

其中A為XIII族元素，和A′為選自XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過(guò)渡金屬、及其組合的至少一種，其中A和A′彼此不同，和其中B為選自S、Se、Te及其組合的至少一種，和B′為選自XIV族元素、XV族元素、XVI族元素及其組合的至少一種，其中B和B′彼此不同，其中a等于或大于0且小于1，其中b等于或大于0且小于1，其中x在-1和1之間(大于-1且小于1)，和其中y在-1和1之間。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，x可大于0且小于1。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，y可大于0且小于1。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，A可為In和Ga的至少一種。在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述過(guò)渡金屬可為選自以下的至少一種：Y、Fe、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Hf、Ta、及其組合。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，B可為Se和Te的至少一種。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述熱電材料在室溫下可具有等于或小于約2W/mK的熱導(dǎo)率。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述熱電材料在高溫例如450K下可具有大于220μV/K的絕對(duì)塞貝克系數(shù)。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，所述熱電材料的密度可為其理論密度的約70％～約100％。

在熱電材料的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，可在面內(nèi)方向上形成共價(jià)鍵，和可在層之間形成離子鍵和范德華鍵的至少一種。