2024熱電材料行業(yè)未來趨勢預測及前景展望

• 黃文玉 2024年2月19日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 535 29
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隨著能源危機和環(huán)境污染問題的加劇，熱電材料作為一種高效、環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換方式，被廣泛應用于工業(yè)廢熱發(fā)電、汽車尾氣余熱回收、太陽能光電光熱復合發(fā)電、無氟制冷等領(lǐng)域。

近年來，隨著科技的發(fā)展和研究手段的更迭，熱電材料的研究方向逐漸向低維化、納米化發(fā)展，同時有機熱電材料等新興材料也迅速普及并蓬勃發(fā)展。其中，IVA族元素碲因其獨特的孤對電子結(jié)構(gòu)和大能帶簡并(Nv=4)被認為是一種有前途的熱電材料元素。

熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，基于塞貝克效應、珀耳帖效應和湯姆遜效應等熱電基本效應實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。隨著能源危機和環(huán)境污染問題的加劇，熱電材料作為一種高效、環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換方式，被廣泛應用于工業(yè)廢熱發(fā)電、汽車尾氣余熱回收、太陽能光電光熱復合發(fā)電、無氟制冷等領(lǐng)域。

熱電材料產(chǎn)業(yè)鏈包括原材料供應、研發(fā)生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售等環(huán)節(jié)。隨著行業(yè)的發(fā)展，熱電材料產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，各個環(huán)節(jié)之間的協(xié)作更加緊密。同時，一些領(lǐng)先的企業(yè)開始加強產(chǎn)業(yè)鏈整合，通過垂直整合或橫向聯(lián)合，提高整體競爭力和市場份額。對于遙遠的太空探測器來說，放射性同位素供熱的熱電發(fā)電器是的供電系統(tǒng)。已被成功的應用于美國宇航局發(fā)射的“旅行者一號”和“伽利略火星探測器”等宇航器上。利用自然界溫差和工業(yè)廢熱均可用于熱電發(fā)電，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的綜合社會效益。

利用帕爾帖效應制成的熱電制冷機具有機械壓縮制冷機難以媲美的優(yōu)點：尺寸小、質(zhì)量輕、無任何機械轉(zhuǎn)動部分，工作無噪聲，無液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)，因此不存在污染環(huán)境的問題，可實現(xiàn)精確控溫，響應速度快，器件使用壽命長。還可為超導材料的使用提供低溫環(huán)境。另外利用熱電材料制備的微型元件用于制備微型電源、微區(qū)冷卻、光通信激光二極管和紅外線傳感器的調(diào)溫系統(tǒng)，大大拓展了熱電材料的應用領(lǐng)域。因此，熱電材料是一種有著廣泛應用前景的材料，在環(huán)境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現(xiàn)實意義。

熱電材料行業(yè)市場現(xiàn)狀分析

中國熱電材料行業(yè)市場正在蓬勃發(fā)展，受到政府支持，投資不斷增加，增長速度不斷加快。市場規(guī)模已經(jīng)達到了280億元，并以每年20%的速度不斷增長。主要產(chǎn)品包括電阻線、電熱元件、熱電導體、熱電池、熱電棒、電熱膜等。隨著新能源和可再生能源的興起，風能、太陽能、生物能等環(huán)保能源已經(jīng)成為能源發(fā)展的趨勢。在這個背景下，熱電材料作為一種環(huán)境友好的能源轉(zhuǎn)換方式，將有更廣闊的應用前景。同時，隨著技術(shù)的進步和研究的深入，新型熱電材料的研究和應用也將不斷涌現(xiàn)，為解決能源危機和環(huán)境污染問題提供更多可能性。

雖然其優(yōu)點眾多，但利用熱電材料制成的裝置其效率(<10%)仍遠比傳統(tǒng)冰箱或發(fā)電機小。所以若能大幅度提升這些熱電材料的效率，將對廣泛用于露營的手提式致冷器，太空應用和半導體晶片冷卻等產(chǎn)生相當重要的影響。家庭與工業(yè)上的冷卻將因熱電裝置無運動的部件，是堅固的，安靜的，可靠的，且避免使用會破壞臭氣層的含氯氟碳氫化合物。熱電材料需要有高導電性以避免電阻所引起電功率之損失，同時亦需具有低熱傳導系數(shù)以使冷熱兩端的溫差不會因熱傳導而改變。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2022-2027年中國熱電材料行業(yè)市場全面分析及發(fā)展趨勢調(diào)研報告》顯示：

隨著納米科技相關(guān)研究蓬勃發(fā)展，熱電材料應用的相關(guān)研究亦是歐美日各國在納米科技中全力發(fā)展的重點之一，不論在理論方面或?qū)嶒灧矫婢泻艽蟮难芯靠臻g，納米材料具有比塊材更大的界面，以及量子局限化效應，故納米結(jié)構(gòu)的材料具有新的物理性質(zhì)，產(chǎn)生新的界面與現(xiàn)象，這對提升ZT(熱電優(yōu)值)值遭遇瓶頸的熱電材料預期應有突破性的改善，故納米科技被視為尋找高ZT值熱電材料的希望。

用熱電材料制成納米線，薄膜與超晶格，確能提升熱電勢S與熱電效率，使得ZT值難以提升這一困境的突破綻露了一線曙光,亦再次帶動了全球研究熱電材料的熱潮，而且由理論或?qū)嶒灧矫婢炎C實,具有納米結(jié)構(gòu)的熱電材料要比塊材有更好的熱電性質(zhì)。因此，近全世界正投入大量人力、物力于熱電材料的研發(fā)上,希望能制造出高ZT值的熱電材料。

熱電材料行業(yè)未來趨勢預測及前景展望

熱電材料塞貝克效應和帕爾帖效應發(fā)現(xiàn)距今已有100余年的歷史，無數(shù)的科學家已對其進行了深入而富有成效的研究和探索，取得了輝煌的成果。隨著研究的不斷深入，相信熱電材料的性能將會進一步提高，必將成為我國新材料研究領(lǐng)域的一個新的熱點。

利用傳統(tǒng)半導體能帶理論和現(xiàn)代量子理論，對具有不同晶體結(jié)構(gòu)的材料進行塞貝克系數(shù)、電導率和熱導率的計算，以求在更大范圍內(nèi)尋找熱電優(yōu)值ZT更高的新型熱電材料。從理論和實驗上研究材料的顯微結(jié)構(gòu)、制備工藝等對其熱電性能的影響，特別是對超晶格熱電材料、納米熱電材料和熱電材料薄膜的研究，以進一步提高材料的熱電性能。對已發(fā)現(xiàn)的高性能材料進行理論和實驗研究，使其達到穩(wěn)定的高熱電性能。加強器件的制備工藝研究，以實現(xiàn)熱電材料的產(chǎn)業(yè)化。

熱電材料領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和突破是推動行業(yè)發(fā)展的重要動力。研究者們正在努力提高熱電材料的優(yōu)值(zT值)，通過探索新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，不斷優(yōu)化熱電性能。同時，隨著納米技術(shù)、低維材料等領(lǐng)域的快速發(fā)展，熱電材料的研究方向也逐漸向低維化、納米化發(fā)展，為行業(yè)帶來了更多的機遇和挑戰(zhàn)。

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