[发明专利]热电材料、以及包括该热电材料的热电模块和热电装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有高性能指标的热电材料、包括所述热电材料的热电模块和包括所述热电模块的热电装置，更具体而言，本发明涉及塞贝克系数(热电系数，Seebeck coefficient)大、电导率高且热导率低的热电材料，包括所述热电材料的热电模块和包括所述热电模块的热电装置。

背景技术

通常，热电材料基于珀尔贴效应(Peltier effect)和塞贝克效应用于主动冷却(active cooling)和废热发电(waste heat power generation)中。珀尔贴效应为如下所述的现象：如图1所示，当将DC电压施加于p型材料和n型材料时，p型材料的空穴和n型材料的电子移动，因而在n型材料和p型材料各自的相对端发生放热反应和吸热反应。塞贝克效应为如下所述的现象：如图2所示，当外部热源提供热时空穴和电子移动，因而电流在材料中流动，从而将温差转化为电能。

使用热电材料的主动冷却改善了装置的热稳定性，不产生振动和噪音，并可避免使用单独的冷凝器和制冷剂；因而热电冷却被视为环境友好的冷却方法。使用热电材料的主动冷却可应用于无制冷剂的制冷机、空气调节器和各种微冷却系统。特别是，如果将热电装置连接至存储装置，存储装置的温度可保持在均匀和稳定的水平，同时所述存储装置和所述冷却系统的整体体积的增大比如果使用市售的绝热冷却系统时小。因而，热电装置在存储装置中的使用可有助于更高的性能。

另外，当热电材料基于塞贝克效应用于热电发电时，废热可用作能源。因而，可提高车辆发动机、排气装置(exhaust device)、垃圾焚化炉(waste incinerator)、轧钢机(steel mill)或使用来自人体的热的医疗装置电源的能量效率，或者可收集废热用于其它应用。

热电材料的性能采用由方程1定义的无量纲性能指标(performance index，“ZT”)评价。

方程1

ZT=S2σTk]]>

在方程1中，S为塞贝克系数，σ为电导率，T为绝对温度，且κ为热导率。

发明内容

技术问题

为了提高ZT，塞贝克系数大、电导率高且热导率低的材料将是合意的。

解决方案

提供的是塞贝克系数大、电导率高且热导率低的热电材料。

提供的是包括热电元件的热电模块，所述热电元件包括所述热电材料。

提供的是包括所述热电模块的热电装置。

其它方面将部分地在随后的说明中阐述，且部分地将从所述说明明晰。

根据一方面，公开的是热电材料，该热电材料包括：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’各自包括选自稀土元素和过渡金属中的至少一种元素，

T和T’彼此不同，且T和T’各自包括选自硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)中的至少一种元素，

0≤a≤1，

0≤b≤1，以及

0≤y＜1。

根据一种实施方式，所述式1表示的化合物可具有拥有二维层状结构的结构。

根据一种实施方式，所述式1的化合物可具有如下结构，该结构具有可介于阻挡层(block layer)之间的由T形成的双层，且各阻挡层可由R和T形成。

根据一种实施方式，R和R’中的任意一个可包括稀土元素。

根据一种实施方式，T和T’中的任意一个可包括选自S、Se和Te中的至少一种元素。

根据一种实施方式，a可为0至约0.5。

根据一种实施方式，b可为0至约0.5。

根据一种实施方式，y可为0至约0.5。

根据一种实施方式，所述式1表示的化合物可为以下式2表示的化合物：

式2