[發明專利]熱電材料、以及包括該熱電材料的熱電模塊和熱電裝置

有效

• 申請號: 201180017150.8
• 申請日: 2011-03-31
• 公開（公告）號: CN102822090A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 李鍾洙;李相睦
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;C22C1/04;C22C28/00;H01L35/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 金擬粲

技術領域

本發明涉及具有高性能指標的熱電材料、包括所述熱電材料的熱電模塊和包括所述熱電模塊的熱電裝置，更具體而言，本發明涉及塞貝克系數(熱電系數，Seebeck?coefficient)大、電導率高且熱導率低的熱電材料，包括所述熱電材料的熱電模塊和包括所述熱電模塊的熱電裝置。

背景技術

通常，熱電材料基于珀爾貼效應(Peltier?effect)和塞貝克效應用于主動冷卻(active?cooling)和廢熱發電(waste?heat?power?generation)中。珀爾貼效應為如下所述的現象：如圖1所示，當將DC電壓施加于p型材料和n型材料時，p型材料的空穴和n型材料的電子移動，因而在n型材料和p型材料各自的相對端發生放熱反應和吸熱反應。塞貝克效應為如下所述的現象：如圖2所示，當外部熱源提供熱時空穴和電子移動，因而電流在材料中流動，從而將溫差轉化為電能。

使用熱電材料的主動冷卻改善了裝置的熱穩定性，不產生振動和噪音，并可避免使用單獨的冷凝器和制冷劑；因而熱電冷卻被視為環境友好的冷卻方法。使用熱電材料的主動冷卻可應用于無制冷劑的制冷機、空氣調節器和各種微冷卻系統。特別是，如果將熱電裝置連接至存儲裝置，存儲裝置的溫度可保持在均勻和穩定的水平，同時所述存儲裝置和所述冷卻系統的整體體積的增大比如果使用市售的絕熱冷卻系統時小。因而，熱電裝置在存儲裝置中的使用可有助于更高的性能。

另外，當熱電材料基于塞貝克效應用于熱電發電時，廢熱可用作能源。因而，可提高車輛發動機、排氣裝置(exhaust?device)、垃圾焚化爐(waste?incinerator)、軋鋼機(steel?mill)或使用來自人體的熱的醫療裝置電源的能量效率，或者可收集廢熱用于其它應用。

熱電材料的性能采用由方程1定義的無量綱性能指標(performance?index，“ZT”)評價。

方程1

ZT=S2σTk]]>

在方程1中，S為塞貝克系數，σ為電導率，T為絕對溫度，且κ為熱導率。

發明內容

技術問題

為了提高ZT，塞貝克系數大、電導率高且熱導率低的材料將是合意的。

解決方案

提供的是塞貝克系數大、電導率高且熱導率低的熱電材料。

提供的是包括熱電元件的熱電模塊，所述熱電元件包括所述熱電材料。

提供的是包括所述熱電模塊的熱電裝置。

其它方面將部分地在隨后的說明中闡述，且部分地將從所述說明明晰。

根據一方面，公開的是熱電材料，該熱電材料包括：式1表示的化合物：

式1

(R_1-aR’_a)(T_1-bT’_b)_3±y

其中R和R’彼此不同，且R和R’各自包括選自稀土元素和過渡金屬中的至少一種元素，

T和T’彼此不同，且T和T’各自包括選自硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、鉍(Bi)、碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)和銦(In)中的至少一種元素，

0≤a≤1，

0≤b≤1，以及

0≤y＜1。

根據一種實施方式，所述式1表示的化合物可具有擁有二維層狀結構的結構。

根據一種實施方式，所述式1的化合物可具有如下結構，該結構具有可介于阻擋層(block?layer)之間的由T形成的雙層，且各阻擋層可由R和T形成。

根據一種實施方式，R和R’中的任意一個可包括稀土元素。

根據一種實施方式，T和T’中的任意一個可包括選自S、Se和Te中的至少一種元素。

根據一種實施方式，a可為0至約0.5。

根據一種實施方式，b可為0至約0.5。

根據一種實施方式，y可為0至約0.5。

根據一種實施方式，所述式1表示的化合物可為以下式2表示的化合物：

式2