熱電材料與稀土的“開疆拓土”

霍知節

一段時期以來，全球工業化進程推進迅猛，人類社會面臨著前所未有的能源和生態危機。化石能源因無序或過度開采日趨減少，已是不容忽視的重要問題，嚴重制約著各個國家的發展和社會穩定。研究和開發新能源，早已成為全球能源發展的新趨勢和競爭的新熱點。現實生活中，大力開發清潔的新能源和新材料成為全球社會普遍認同的發展路徑。以熱能為例，汽車和工廠排放的氣體就是耗能生產后又廢棄的熱能，亟待實現再利用。建立在化石能源基礎上的電能，雖然應用極廣，但目前已是危機四伏。同樣，現代制冷技術及其相關材料所引發了諸多問題。因此，稀土和熱電材料的新組合應運而生，其獨特的性能優勢在功能材料領域成為一顆冉冉升起的新星， 尤其是在溫差發電和溫差制冷領域大放異彩。稀土與熱電、發熱與陰極發射材料的強強聯手，更是掀起了材料界的新革命。

1 熱電材料“家族”及“神奇效應”

簡言之，熱電材料就是將熱轉變為電的材料，這是一種利用固體內部載流子運動，將熱能和電能相互直接轉換的功能材料。熱電材料以成本低、壽命長、應用廣、環保節能等優點著稱，主要由溫差電動勢材料、熱電導材料、熱釋電材料3大類構成。

1.1 熱電材料3大家族

溫差電動勢材料家族主要由3大成員構成：合金家族，常見的如金鐵、銅鎳、鉑銠等金屬材料；半導體合金家族，常見的如銻化鉛、碲化鉍、碲化銻等材料；化合物家族，常見的如硅化物、氧化物、氮化物等等。……