熱電發生器用單壁碳納米管複合材料增強熱電性能的研究進展
1. 介紹
近年來，人們對廣泛使用的不可再生化石燃料的枯竭和環境問題日益關注，促使風能和太陽能等自然豐富、清潔、環保的可再生和可持續能源的發展。
固态熱電發電機(TEG)作為可再生能源的重要補充，因其在不排放任何污染物的情況下收集廢熱并将其直接轉化為電能的潛力而引起了極大的研究關注。
TEG還具有易于擴充和在有限溫度梯度下即使使用小熱源也能運作的優點。
2. 熱電發電機的基本工作原理
典型的TEG由兩種TE材料組成，也稱為腿，即用于電子傳輸的n型半導體(供體)和用于空穴傳輸的p型半導體(受體)，它們熱并聯連接配接，電串聯連接配接，如圖1所示。
簡而言之，當在不同半導體材料(即p型和n型半導體)的兩端施加溫度梯度時，通過加熱頂部結和冷卻底部結，熱量在熱端被吸收，進而産生電子-空穴對。
是以，兩端的溫差導緻熱側在費米能級(EF)以上的電子分布很大，而冷側在EF以上的電子分布很小。
3. 單壁碳納米管的熱電參數
3.1 優點和功率因數圖
在絕對溫度(T)下，材料的TE性能可以友善地用優值圖來确定，優值圖可以從TE參數，如塞貝克系數(Seebeck coefficient)、電導率(σ)和導熱系數(k)中計算出來，使用式(5):
是以，高性能TE材料應具有高品質，其中包括大塞貝克系數以提供高電壓;高導電性抑制焦耳加熱。
低導熱系數，最大限度地減少熱損失，以及優異的機械，化學和熱穩定性，所有這些對實際應用至關重要。
大多數有機TE材料的導熱系數較低(0.1 - 1.0 W m-1K-1)，PF通常用于評估其TE性能。
3.2 塞貝克系數
塞貝克系數是材料每一度溫差ΔT所産生的電位差ΔV，如式(7)所示：
是以，塞貝克系數大的優質TE材料在小的溫度梯度下應産生高的電位差。
此外，低載流子濃度可以确定較大的塞貝克系數，如式(8)所示,式中kB、h、e、m*、n、T分别為玻爾茲曼常數、普朗克常數、電子電荷、載流子有效品質、載流子濃度和絕對溫度。
3.3 導電性
導電性是測量材料可以傳遞的電流的量，即材料傳遞電流的能力。
電導率是由材料的載流子輸運特性決定的，可以用方程(9)和(10)來确定:
其中n、µ和RH分别為載流子濃度、載流子遷移率和霍爾系數。
4. 結論與展望
本研究強調了2018年至2022年期間，通過加入碳質材料，特别是SWCNTs及其納米複合材料，在提高TE材料和TEG的性能和可持續性方面的最新進展。
TE材料的最新突破有助于滿足全球對可再生能源日益增長的需求，通過促進使
是以，本審查有助于克服常用的不可再生化石燃料的缺點，例如耗竭和環境污染，同時也減少目前作為廢熱散發到環境中的有用能源的數量。
然而，盡管有上述優點，TEG的制造仍然是一項不成熟的技術，由于常用的無機TE材料的缺點，包括其低TE性能、複雜的制造技術、高成本、毒性、稀缺、剛性和脆性，TEG的制造還沒有完全優化以适應大規模的商業應用。
是以，有機TE材料，如碳質材料，特别是SWCNTs，由于其制造技術簡單、成本低、無毒、豐富、易于擴充、高導電性、大比表面積、重量輕、優越的柔韌性和可調諧的帶隙而變得越來越有吸引力。
5. 參考文獻
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