熱電材料包含多種固體化合物，它們可以轉化熱能和電能。該特性引發了兩種不同的技術應用：用於加熱和冷卻裝置的溫度梯度開發以及從廢熱發電。更多內容到默克sigma試劑官網檢視：www.sigmaaldrich.cn
熱電材料的轉換效率與無量綱優值有關，ZT（公式1）：
- ZT = S2σT/κ
S = 塞貝克係數
σ = 電導率
κ = 熱導率
T = 絕對溫度
塞貝克係數，或熱功率，是對每單位溫差產生的電壓量的一種度量，通常以μV/K表示。因此，獲得高品質的熱電優值需要保持高的電導率和大的熱功率，並同時限制熱導率。
如圖1所示，典型的熱電模組包含串聯連線的n型和p型熱電材料。N型材料帶有電子載流子，並具有負的塞貝克係數；相反，p型材料具有正的塞貝克效率，並帶有空穴電荷載流子。在模組上施加溫度梯度會使載流子向冷側擴散，從而產生熱電電壓。
圖 1.典型熱電模組的示意圖。n型（紅色）和p型（藍色）材料的小腿是串聯連線的，然後夾在陶瓷基板之間。在發電的情況下，熱量會被施加到模組的一側，引起電荷載流子在模組上的擴散併產生電流。
ZT取決於模組的工作溫度，並對所有溫度範圍下的原型材料在過去的幾十年中均保持在約為1。這些材料包括室溫（300 K）下使用的銻和碲化鉍、中等溫度（650 K）下的碲化鉛（254266）和方鈷礦銻化物，以及高溫（1000 K）下的矽鍺合金。
開發先進熱電材料的主要挑戰之一是將S、σ和κ解耦，而它們通常是相互依賴的。一種解決方法是透過奈米結構減少晶格對熱導率的貢獻。載熱聲子可透過引入大量奈米級的晶界而被分散。該方法已使得Bi-Sb-Te合金的ZT顯著提高。3 在此項研究中，奈米顆粒粉末是透過對大塊鑄錠進行機械研磨而生成的。所得到得粉末透過在真空下高溫加壓而固結，從而產生了ZT約為1.5的塊狀樣品。PbTe-AgSbTe假二元系統中的相干奈米包裹體相還產生了低熱導率和高ZT值（> 1）。這是透過生產一種本體基質中含有奈米級沉澱物的材料而實現的。4 最後，具有定製電子結構的熱電材料合成已顯示出喜人得結果，得到了ZT約為1.5的鉈取代PbTe。5
熱電材料的大規模合成通常透過標準的冶金技術進行，例如粉末冶金和從高溫熔體合成。高純度的元素前體（見下面的列表）對於控制物理效能至關重要，因為雜質會對電導率和電荷載流子濃度產生負面影響。此外，使用高純度起始材料可對最終材料的組成進行一致且精確的控制，而這對於涉及到故意摻雜/取代以及電子能帶結構的定製研究至關重要。
合成熱電材料的其他方法包括溶液相途徑，例如溶劑熱合成和多元醇還原途徑。這些過程在溶劑、表面活性劑和還原條件的選擇之間可能會存在巨大差異，但所有過程都集中於從金屬有機鹽和金屬鹵化物鹽，如硝酸鉍（254150）和乙酸鉛（316512））的陽離子溶液中沉澱出離散粉末。6-7 合成熱電材料的化學途徑可直接到達奈米級材料，同樣著重於將電導率和熱導率去耦，並透過聲子散射降低熱成分。
對可靠能源的持續需求可透過發現新的可持續能源以及提高發電技術的效率而滿足。熱電材料是通向替代效能源的一種方法，並可透過將廢熱轉化為電能來顯著提高發動機迴圈的效率。這種節能方法也可能對回收汽車尾氣和電子裝置的能量損失有用。
鉍金屬鹽銻金屬鹽碲金屬鹽鉛金屬鹽矽金屬-鍺金屬鹽銀金屬鹽
表1.用於熱電應用的高純度金屬產品
