背景及概述

碲化鉍（Bismuth Telluride，化學(xué)式Bi?Te?）是目前室溫附近性能最好的熱電材料之一，已在固態(tài)制冷、精準(zhǔn)控溫等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛商業(yè)應(yīng)用。它同時(shí)也是一種備受關(guān)注的拓?fù)浣^緣體材料。

圖1 碲化鉍晶體結(jié)構(gòu)圖

主要應(yīng)用

1. 熱電領(lǐng)域（最核心的應(yīng)用）

這是碲化鉍最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。作為近室溫性能最好的熱電材料，它能實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接相互轉(zhuǎn)換，目前已實(shí)現(xiàn)廣泛商業(yè)應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1]研究了p型碲化鉍基材料制備與熱電性能優(yōu)化，熱持久力增強(qiáng)。

固態(tài)制冷：利用帕爾貼效應(yīng)，應(yīng)用于微型制冷器、車(chē)載冰箱、CPU散熱器等。

精準(zhǔn)控溫：應(yīng)用于激光二極管、紅外探測(cè)器、生物醫(yī)療芯片等需要高精度溫控的領(lǐng)域。

局域熱管理：應(yīng)用于通信光模塊、汽車(chē)座椅溫控等。

熱電發(fā)電：利用塞貝克效應(yīng)，將廢熱（如工業(yè)余熱、汽車(chē)尾氣余熱）轉(zhuǎn)化為電能。

2. 拓?fù)浣^緣體研究

在2009年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)碲化鉍具有拓?fù)浣^緣體的特性：其內(nèi)部是絕緣的，但表面允許電子在室溫條件下無(wú)能耗地自由運(yùn)動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)在未來(lái)量子計(jì)算和自旋電子學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，可能為提高芯片的運(yùn)行速度和工作效率鋪平道路。

3. 前沿科研：柔性熱電材料

傳統(tǒng)碲化鉍材料本征為脆性，限制了其在柔性/微型電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。不過(guò)，最近的研究取得了突破性進(jìn)展：

塑性轉(zhuǎn)化：中科院上海硅酸鹽研究所通過(guò)調(diào)控材料中的本征缺陷，在碲化鉍單晶中引入高密度/多樣化微結(jié)構(gòu)，成功使其從脆性轉(zhuǎn)化為塑性（面內(nèi)方向最大彎曲應(yīng)變量>20%），打破了無(wú)機(jī)半導(dǎo)體本征脆性的認(rèn)知。

固溶體研究：研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在碲化鉍中固溶一定量的銻（Sb）或硒（Se）時(shí)，可以制備出同時(shí)具備良好塑性和優(yōu)異熱電性能的晶體材料。例如，當(dāng)Sb固溶量低于70%時(shí)，晶體最大彎曲應(yīng)變量≥10%，熱電優(yōu)值z(mì)T≥0.6。

4. 納米材料研究

通過(guò)溶劑熱法等技術(shù)，可以合成形貌規(guī)則、尺寸均勻的單晶六邊形碲化鉍納米片、BiTe納米管等。這些納米結(jié)構(gòu)有望進(jìn)一步提高材料的熱電性能，為開(kāi)發(fā)新一代高效熱電材料和器件奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱家澤.p型碲化鉍基材料制備與熱電性能優(yōu)化.[D]燕山大學(xué).2025-06-01.