能源是现代生活和发展的基础，电能是最广泛使用的最为便利的能源形式。但是如今发电的主要形式还是化石能源，这些能源的使用都给我们带来了便利的同时，也带来了一个全球关注的问题—污染。现代科技给人类带来了无限便利，制冷技术就是其中的一个范例，试想如果离开了冰箱和空调，将给我们的生活带来了巨大的不便。但是，从上个世纪八十年代以来，人们逐渐认识到氟里昂制冷剂所带来的环境问题，国际上普遍限制其的使用。所以说，环境问题是新世纪人类面临的最严峻的挑战之一。而广大科学工作者，也在不断努力去解决这些困挠着国计民生乃至人类生存的社会问题。而其中从上个世纪九十年代以来，能源转换材料（热电材料）的研究成为材料科学的一个研究热点。热电材料的应用不需要使用传动部件，工作时无噪音、无排弃物，和太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染，并且这种材料性能可靠，使用寿命长，是一种具有广泛应用前景的环境友好材料。如果将其应用于上述的大规模电厂发电或普遍的制冷器，那么我们的生活将大为改观。下面就让我们追溯一下热电现象和热电材料的研究进程。

　　热电材料的研究是一个古老的话题，早在1822—1823年，塞贝克(Seebeck)就曾在“普鲁士科学院报”中描述了一个当时他这样断定的现象：在彼此接合的不同导体中，由于温度差的影响，就会出现自由磁子。由Seebeck所进行的实验描述中，可以清楚地看出，他发现了温差电流，是在不同导体组成的闭合电路中当接触处具有不同的温度时产生的。塞贝克发现之后十二年，即1834年，钟表匠珀耳帖(Peltier)在法国“物理学和化学年鉴”上发表了他在两种不同导体的边界附近(当有电流流过时)所观察到的温差反常的论文。这两个现象表明了热可以致电，而同时电反过来也能转变成热或者用来制冷，这两个现象分别被被命名为Seebeck效应和Peltier效应。继Peltier效应之后，热力学创始人之一汤姆逊(Thomson)于1854年以各种能量的热力学分析为出发点，对温差电现象和珀耳帖现象进行了热力学分析，不仅确定了上述过程间的关系，建立了热电现象的理论基础。

　　在塞贝克发现八十多年后，即1911年，德国的阿持克希提出了一个令人满意的温差热电制冷和发电的理论，并提出了温差电优值公式Z＝S2δ/k。温差热电现象发现之后，并未引起人们的兴趣，直到本世纪30年代，随着固体物理学的发展，尤其是半导体物理的发展，发现半导体材料的Sebeck系数可高于100μv／K，这才引起人们对温差电现象的再度重视。1949年，前苏联的约飞院士提出了半导体温差电的理论，同时在实际应用方面做了很多工作，到50年代末期，约飞及其同事从理论和实验上通过利用半导体固溶体，使K/δ减小，并发现了温差电性能优值较高的制冷和发电材料，如Bi2Te3、PbTe、SiGe等固溶体，迄今为止，这些仍然是最重要的温差电材料。50—60年代，人们在热能和电能相互转化，特别是在电制冷方面的迫切要求，使得热电材料得到迅速发展。70年代以来，由于氟里昂制冷技术的发展，使得热电制冷和热电材料的研究受到冷落，并几乎陷入了停顿状态。90年代以来，由于氟里昂对环境的破坏作用已被人们普遍认识，制造无污染、无噪声的制冷剂成了制冷技术追求的目标。同时，随着计算机技术、航天技术和超导技术及微电子技术的发展，迫切需要小型、静态制冷且能固定安装的长寿命的制冷装置，因此，适用于制造这种装置的热电材料又重新引起人们的浓厚兴趣。

　　现在，经过半个多世纪的研究，热电转换技术正伴随着现代科学技术不断进步的步伐在逐渐走进我们的生活。热电饮水机、热电冰箱和热电空调都已经出现，并且在逐步推广。图1即是一个热电冰箱，这种冰箱不需要制冷剂和压缩机，只要提供一个直流电源就能够制冷。和传统制冷设备相比，氟里昂所带来的环境问题立刻就迎刃而解。

　　世界各国在推进热电转换技术应用的同时，也在也在不断地进行着新型高性能热电材料的研究和探索。近年来，Skutterudite类热电材料和NaCo2O4等氧化物等诸多高性能热电材料相继被发现。我们有理由相信，随着高性能热电材料的出现，将其应用于上述的大规模电厂发电并不是一个可望而不可及的梦想。

图1 热电制冷冰箱

　　二十一世纪将是一个和平和发展的新世纪，而科学的发展观正逐步成为全球的共识，所以热电材料及其相关技术的研究将会在新世纪的科学技术中扮演重要的角色。

http://www.sic.cas.cn/kxcb/kpwz/200908/t20090826_2447664.html