热电制冷向热电磁制冷变革的关键材料研究进展

【作者】 赵文俞； 桑夏晗； 魏平； 聂晓蕾； 朱婉婷； 张清杰；

【机构】 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室；

【摘要】 热电制冷原理是在电场作用下热电材料中载流子由制冷端向散热端定向输运,同时将热量从制冷端带到散热端而实现制冷。热电制冷技术具有结构简单、热流量大、可靠性高、启动快、无运动部件和体积小等优点,但因材料的热电转换效率并不高而存在制冷系数偏低、制冷量小、单位制冷量的成本过高等瓶颈问题。协同调控电热输运性能、大幅度提高热电转换效率是热电材料科学长期追求的目标,也是解决热电制冷系列瓶颈问题的有效途径。我们团队突破几十年来热电材料基于声子工程方法和能带工程方法建立的传统电热输运调控理论的局限,创造性提出将磁性纳米粒子引入到热电材料中,建立纳米尺度微磁场,产生电子磁性散射和声子界面散射,实现纳米-介观尺度上协同调控电子/声子输运,研制出了系列制冷性能显著提升的热电磁能量转换新材料。在此基础上,进一步提出从电子-声子-自旋耦合相互作用出发,研制具有热电磁制冷功能的热电磁能量转换新材料,实现从热电功能、电磁功能、磁热功能到热电磁多功能的变革,有望为发展采用电子熵流和磁熵流作为制冷循环介质的高效绿色全固态制冷变革性技术提供关键材料。更多还原