2021年7月8日,《Science》雜志以First Release和全文Research Article的形式在線發表了北航材料學院趙立東教授課題組在電子制冷材料及器件的研究上取得的新進展:《Momentum and energy multiband alignment enable power generation and thermoelectric cooling》,采用協同調控動量空間和能量空間的多價帶傳輸策略,實現了P型SnSe晶體性能的大幅提升;并搭建了基于SnSe晶體材料的器件,不但實現了溫差發電,還實現了大溫差的電子制冷。通常認為能帶間隙Eg 在 (6-10) kBT(其中kB為玻爾茲曼常數和T為開氏溫度)范圍內的材料為理想的制冷材料(Goldsmid, et al. Thermoelectric Refrigeration,Springer, 1964.),但本工作表明能帶間隙約為33 kBT的SnSe晶體材料也具有電子制冷的巨大潛力,且具備成本低、儲量豐富和重量小等優勢(Science, 2021, eabi8668.)。北航2019級博士研究生秦炳超為第一作者,導師趙立東為通訊作者,北京航空航天大學、材料科學與工程學院為第一單位。
熱電轉換技術是一類基于半導體材料的新能源技術。因存在基于Seebeck效應的溫差生電現象而被廣泛關注。但是溫差發電的逆效應(Peltier效應,J. C. Peltier, Ann. Chim. Phys. 56 (1834) 371-386.)可實現通電制冷卻被關注的較少。電子制冷具有無噪聲、無振動、不需制冷劑、體積小、重量輕等特點,且工作可靠,操作簡便,易于進行冷量調節,可用于耗冷量小和占地空間小的場合,如電子設備和無線電通信設備中重要元件的冷卻,這對于未來通訊、5G芯片的微型電子器件等科技自立自強、引領前沿領域的精確溫控具有重要意義。
(關鍵字:制冷)