專利名稱：熱電材料及硫?qū)倩锘衔锏闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方式涉及熱電材料及硫?qū)倩锘衔铮腋唧w而言，涉 及均具有低的熱導(dǎo)率和高的塞貝克系數(shù)的熱電材料和硫?qū)倩锘衔铩?br> 背景技術(shù)：
通常，熱電材料用于主動(dòng)冷卻、廢熱發(fā)電、以及珀耳帖效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)的其它類 似應(yīng)用。

圖1是說明利用珀耳帖效應(yīng)的熱電冷卻的示意圖。參照圖1，珀耳帖效應(yīng)是當(dāng)外部 施加DC電壓時(shí)，P型材料的空穴和η型材料的電子被傳輸以導(dǎo)致在所述ρ型和η型材料兩 者的一側(cè)吸熱的現(xiàn)象。圖2是說明利用塞貝克效應(yīng)的熱電發(fā)電的示意圖。參照圖2，塞貝克 效應(yīng)是當(dāng)從外部熱源提供熱時(shí)，在電子和空穴被傳輸?shù)耐瑫r(shí)在材料中產(chǎn)生電流以導(dǎo)致發(fā)電 的現(xiàn)象。使用這樣的熱電材料的主動(dòng)冷卻改善器件的熱穩(wěn)定性，不造成振動(dòng)和噪聲，且不 使用單獨(dú)的冷凝器和制冷劑，并且主動(dòng)冷卻方法是環(huán)境友好的。因此，可將使用這樣的熱電 材料的主動(dòng)冷卻應(yīng)用于無制冷劑的制冷機(jī)、空氣調(diào)節(jié)器、多種微冷卻系統(tǒng)等。具體而言，當(dāng) 將熱電器件附于存儲(chǔ)設(shè)備或者其它計(jì)算機(jī)設(shè)備時(shí)，可使所述設(shè)備的溫度保持均勻和穩(wěn)定， 特別是與常規(guī)冷卻方法相比。因此，所述存儲(chǔ)設(shè)備或者其它計(jì)算機(jī)設(shè)備可具有改善的性能。同時(shí)，當(dāng)將熱電材料用于利用塞貝克效應(yīng)的熱電發(fā)電時(shí)，通過所述熱電材料提取 廢熱并轉(zhuǎn)化為電能。因此，熱電材料可應(yīng)用于提高能量效率或者對廢熱進(jìn)行再利用的許多 領(lǐng)域中，例如用在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)和抽氣機(jī)、廢物焚燒爐、煉鐵廠中的廢熱、利用人體熱的人體 內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備的電源、以及其它應(yīng)用中。使用如以下方程1中定義的無量綱品質(zhì)因數(shù)ZT表示熱電材料的性能效率。數(shù)學(xué)式權(quán)利要求
1.熱電材料，包括由下式表示的硫?qū)倩锘衔?Ai—aA a) 4-x (Bi—bB b) 3-y其中A為XIII族元素，和A'為選自XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過渡金屬、及 其組合的至少一種，其中A和A'彼此不同；其中B為選自S、Se、Te及其組合的至少一種，和B'為選自XIV族元素、XV族元素、XVI 族元素及其組合的至少一種，其中B和B'彼此不同； 其中a等于或大于0且小于1 ； 其中b等于或大于0且小于1 ； 其中χ在-1和1之間；和 其中y在-1和1之間。
2.權(quán)利要求1的熱電材料，其中a和b的至少一個(gè)大于0。
3.權(quán)利要求1的熱電材料，其中χ和y的至少一個(gè)不等于0。
4.權(quán)利要求1的熱電材料，其中在室溫下其絕對塞貝克系數(shù)等于或大于約220W/mK。
5.權(quán)利要求1的熱電材料，其中在約450K下其絕對塞貝克系數(shù)等于或大于約220W/mKo
6.權(quán)利要求1的熱電材料，其中χ等于0。
7.權(quán)利要求1的熱電材料，其中χ大于0且小于1。
8.權(quán)利要求1的熱電材料，其中y大于0且小于1。
9.權(quán)利要求1的熱電材料，其中A為h和( 的至少一種。
10.權(quán)利要求1的熱電材料，其中所述過渡金屬為選自如下的至少一種Y、Fe、Mn、C0、 Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Hf、Ta、及其組合·
11.權(quán)利要求1的熱電材料，其中B為k和Te的至少一種。
12.權(quán)利要求1的熱電材料，其在室溫下具有等于或小于約2W/mK的熱導(dǎo)率。
13.權(quán)利要求1的熱電材料，其密度為其理論密度的約70% 約100%。
14.權(quán)利要求1的熱電材料，其中在面內(nèi)方向上形成共價(jià)鍵，和在其相鄰層之間形成離 子鍵和范德華鍵的至少一種。
15.權(quán)利要求1的熱電材料，其具有晶格畸變。
16.權(quán)利要求1的熱電材料，其具有低維導(dǎo)電性。
17.權(quán)利要求1的熱電材料，其具有單晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)構(gòu)之一。
18.權(quán)利要求17的熱電材料，其中所述具有單晶結(jié)構(gòu)的熱電材料是在與所述晶體結(jié)構(gòu) 的生長方向基本上垂直的方向上切割的。
19.由以下化學(xué)式1表示的硫?qū)倩锘衔?Al—aA a) 4-χ Φι—bB b) 3-y其中A為XIII族元素，和A'為選自XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過渡金屬、及 其組合的至少一種，其中A和A'彼此不同；其中B為選自S、Se、Te及其組合的至少一種，和B'為選自XIV族元素、XV族元素、XVI 族元素及其組合的至少一種，其中B和B'彼此不同； 其中a等于或大于0且小于1 ； 其中b等于或大于0且小于1 ；其中X在-1和1之間；和其中y在-1和1之間，其中所述硫?qū)倩锘衔锞哂芯Ц窕儭?br> 20.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其在面?nèi)方向上具有所述晶格畸變。
21.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其中χ?和1之間。
22.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其中y在0和1之間。
23.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其中A為h和( 的至少一種。
24.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其中所述過渡金屬為選自如下的至少一種Y、Fe、 Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Hf、Ta、及其組合。
25.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其中B為k和Te的至少一種。
26.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其在室溫下具有等于或小于約2W/mK的熱導(dǎo)率。
27.權(quán)利要求19的硫?qū)倩锘衔?，其具有單晶結(jié)構(gòu)或多晶結(jié)構(gòu)。
28.熱電器件，包括 第一電極； 第二電極；和設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間并且包括由下式表示的硫?qū)倩锘衔锏?熱電材料(Ai—aA a) 4-x (Bi—bB b) 3-y其中A為XIII族元素，和A'為選自XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過渡金屬、及 其組合的至少一種，其中A和A'彼此不同；其中B為選自S、Se、Te及其組合的至少一種，和B'為選自XIV族元素、XV族元素、XVI 族元素及其組合的至少一種，其中B和B'彼此不同； 其中a等于或大于0且小于1 ； 其中b等于或大于0且小于1 ； 其中χ在-1和1之間；和 其中y在-1和1之間。
29.權(quán)利要求觀的熱電器件，其進(jìn)一步包括絕緣基板，所述第一電極和所述第二電極 的至少--個(gè)設(shè)置在所述絕緣基板上。
30.權(quán)利要求28的熱電器件，所述第一電極和所述第二電極之一配置成暴露于熱源。
31.權(quán)利要求28的熱電器件，其中所述第一電極和所述第二電極之一與電源連接。
32.權(quán)利要求28的熱電器件，其中χ等于0。
33.權(quán)利要求28的熱電器件，其中a和b的至少一個(gè)大于0。
34.權(quán)利要求28的熱電器件，其中χ和y的至少一個(gè)不等于0。
35.權(quán)利要求28的熱電器件，其中χ大于0且小于1。
36.權(quán)利要求28的熱電器件，其中y大于0且小于1。
37.權(quán)利要求28的熱電器件，A為h和( 的至少一種。
38.權(quán)利要求28的熱電器件，其中B為％和Te的至少一種。
39.權(quán)利要求28的熱電器件，其中所述熱電材料在室溫下具有小于或等于約2W/mK的熱導(dǎo)率。
40.權(quán)利要求觀的熱電器件，其中所述熱電材料在室溫下具有大于或等于約220W/mK 的絕對塞貝克系數(shù)。
41.權(quán)利要求觀的熱電器件，其中所述熱電材料在約450K下具有大于或等于約220W/ mK的絕對塞貝克系數(shù)。
42.權(quán)利要求觀的熱電器件，其中所述熱電材料具有晶格畸變。
43.權(quán)利要求觀的熱電器件，其中所述熱電材料具有單晶結(jié)構(gòu)和多晶結(jié)構(gòu)之一。
44.權(quán)利要求43的熱電器件，其中所述熱電材料具有單晶結(jié)構(gòu)并且是在與所述晶體結(jié) 構(gòu)的生長方向基本上垂直的方向上切割的。
45.權(quán)利要求觀的熱電器件，其中ρ型熱電材料和η型熱電材料交替排列，并且所述P 型熱電材料和所述η型熱電材料的至少一種包括所述熱電材料。
46.設(shè)備，包括 熱源；和熱電器件，所述熱電器件包括 熱電材料；與所述熱電材料接觸的第一電極；和與所述第一電極基本上相對地設(shè)置并且與所述熱電材料接觸的第二電極； 其中所述熱電材料從所述熱源吸收熱并且包括由下式表示的硫?qū)倩锘衔?Ai—aA a) 4-x (Bi—bB b) 3-y其中A為XIII族元素，和A'為選自XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過渡金屬、及 其組合的至少一種，其中A和A'彼此不同；其中B為選自S、Se、Te及其組合的至少一種，和B'為選自XIV族元素、XV族元素、XVI 族元素及其組合的至少一種，其中B和B'彼此不同； 其中a等于或大于0且小于1 ； 其中b等于或大于0且小于1 ； 其中χ在-1和1之間；和 其中y在-1和1之間。
47.權(quán)利要求46的設(shè)備，進(jìn)一步包括絕緣基板，所述第一電極和所述第二電極的至少 一個(gè)設(shè)置在所述絕緣基板上。
48.權(quán)利要求46的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述第一電極和所述第二電極之一電連接的電源。
49.權(quán)利要求46的設(shè)備，進(jìn)一步包括與所述第一電極和所述第二電極之一電連接并且 消耗和儲(chǔ)存電力之一的電器件。
50.熱電材料，包括由下式表示的硫?qū)倩锘衔?Ai—aA a) 4-x (Bi—bB b) 3-y其中A為XIII族元素，和A'為選自XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過渡金屬、及 其組合的至少一種，其中A和A'彼此不同；其中B為選自S、Se、Te及其組合的至少一種，和B'為選自XIV族元素、XV族元素、XVI 族元素及其組合的至少一種，其中B和B'彼此不同； 其中a等于或大于0且小于1 ；其中b等于或大于0且小于1;其中X是在-1和0之間及在0和1之間中的一個(gè)；和其中y在-1和1之間。
全文摘要
公開了熱電材料。所述熱電材料由下式表示(A1-aA′a)4-x(B1-bB′b)3-y。A為XIII族元素，和A′可為XIII族元素、XIV族元素、稀土元素、過渡金屬、或者其組合。A和A′彼此不同。B可為S、Se、Te，和B′可為XIV族、XV族、XVI族或者其組合。B和B′彼此不同。a等于或大于0且小于1。b等于或大于0且小于1。x在-1和1之間和其中y在-1和1之間。
文檔編號H01L35/16GK102099937SQ200980128068
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者李相睦, 李鐘洙 申請人:三星電子株式會(huì)社