热电材料与稀土的“开疆拓土”

霍知节

一段时期以来，全球工业化进程推进迅猛，人类社会面临着前所未有的能源和生态危机。化石能源因无序或过度开采日趋减少，已是不容忽视的重要问题，严重制约着各个国家的发展和社会稳定。研究和开发新能源，早已成为全球能源发展的新趋势和竞争的新热点。现实生活中，大力开发清洁的新能源和新材料成为全球社会普遍认同的发展路径。以热能为例，汽车和工厂排放的气体就是耗能生产后又废弃的热能，亟待实现再利用。建立在化石能源基础上的电能，虽然应用极广，但目前已是危机四伏。同样，现代制冷技术及其相关材料所引发了诸多问题。因此，稀土和热电材料的新组合应运而生，其独特的性能优势在功能材料领域成为一颗冉冉升起的新星， 尤其是在温差发电和温差制冷领域大放异彩。稀土与热电、发热与阴极发射材料的强强联手，更是掀起了材料界的新革命。

1 热电材料“家族”及“神奇效应”

简言之，热电材料就是将热转变为电的材料，这是一种利用固体内部载流子运动，将热能和电能相互直接转换的功能材料。热电材料以成本低、寿命长、应用广、环保节能等优点著称，主要由温差电动势材料、热电导材料、热释电材料3大类构成。

1.1 热电材料3大家族

温差电动势材料家族主要由3大成员构成：合金家族，常见的如金铁、铜镍、铂铑等金属材料；半导体合金家族，常见的如锑化铅、碲化铋、碲化锑等材料；化合物家族，常见的如硅化物、氧化物、氮化物等等。……