执行主编朱铁军教授团队:碲化铋基热电器件的界面研究进展

文摘   2024-07-31 17:00   江西  



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碲化铋基热电器件的界面研究进展

武云笑1,夏凯阳2,胡惠平2,张宇2,付晨光1,朱铁军1,2

(1浙江大学材料科学与工程学院,浙江  杭州 310058;2. 浙江大学温州研究院,浙江 温州 325035


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引用格式:

武云笑,夏凯阳,胡惠平,张宇,付晨光,朱铁军. 碲化铋基热电器件的界面研究进展[J]. 铜业工程,2024(3):31-39.

WU Yunxiao, XIA Kaiyang, HU Huiping, ZHANG Yu, FU Chenguang, ZHU Tiejun. Research progress on interface of bismuth telluride-based thermoelectric devices [J]. Copper Engineering, 2024(3):31-39.

doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.03.002



内容聚焦


热电转换技术是一种直接将电能和热能相互转换的技术,在航空航天、新型能源、电子通信等领域具有重要的应用价值。碲化铋材料是最早被发现的半导体热电材料之一,它在室温附近所展现出的优异热电性能,使碲化铋基热电器件成为目前唯一成功商业化应用的热电器件。近年来,随着5G光通信和电子芯片行业对新型制冷技术需求的持续增长,热电制冷器件的应用备受瞩目。此外,碲化铋基发电器件在低温废热回收领域也具有巨大的应用前景。然而,碲化铋基热电器件发展仍然存在一些挑战,其中器件的界面问题严重制约了其产业化应用。尤其在发电器件制备方面,仍然缺乏有效的高温界面阻挡层材料。本文从碲化铋基热电器件应用面临的界面问题出发,重点介绍相关界面研究进展,阐述界面对器件性能的影响机制,并分析改善界面性能的有效策略。
图1  热电器件界面结构示意图

一般而言, Bi2Te3基热电器件由陶瓷基板、金属电极、焊料层、合金化扩散阻挡层和热电材料组成,如图1所示。热电器件的界面问题主要是合金化扩散阻挡层和热电材料以及焊料之间的接触问题,热电器件性能的恶化往往是界面接触电阻率增加以及界面开裂导致器件内阻增大,从而造成输出功率和转化效率的大幅降低。界面既是连接异质材料的纽带,承担着热量输送、应力传递与物质传输的作用,又是分隔异质材料以保证结构与性能稳定的关键。设计合适的界面阻挡层以实现热电材料和电极之间的高界面结合强度和低界面接触电阻率是制备高性能和高可靠性热电器件的关键。因此,研制热电器件需要开发出与热电材料匹配的界面材料,建立系统的热电界面材料体系,加速高性能热电器件的研发,推进热电转换技术在电子通信、新能源、航空航天等领域的广泛应用。




作者简介


通信作者:朱铁军,浙江大学材料科学与工程学院院长,国家杰出青年科学基金获得者,国家“万人计划”科技创新领军人才,科技部中青年科技创新领军人才,国际热电学会理事,中国材料研究学会热电材料及应用分会副理事长。主要从事热电材料与器件的研究。曾主持国家重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目和面上项目等。迄今在Nat. Phys., Nat. Commun., Adv. Mater.等高水平期刊上发表学术论文300余篇。获授权中国发明专利20余项,国际发明专利4项。获2021年度浙江省自然科学奖一等奖(排名第一)。目前担任The Innovation Materials 副主编,《铜业工程》和cMat执行主编,Mater. Today Electron.J. Mater. Sci.期刊的编辑,eScienceRare Metals和无机材料学报等期刊的编委。
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