热电材料与器件 陈立东,刘睿恒,史迅 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈立东，刘睿恒，史迅 著

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• 热电材料
• 热电效应
• 热电器件
• 能源转换
• 材料科学
• 物理学
• 科学出版社
• 陈立东
• 刘睿恒
• 史迅

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030564344

商品编码：27410079290

包装：平脊精装

出版时间：2018-03-01

图书基本信息
图书名称	热电材料与器件	作者	陈立东,刘睿恒,史迅
定价	98.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030564344	出版日期	2018-03-01
字数		页码
版次	1	装帧	平脊精装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

本书比较全面地梳理和总结了热电材料与器件研究领域的基础理论和新的发现，同时基于作者过去20余年从事热电材料研究所积累的创新科研成果，并结合国内外该领域的研究进展和相关理论，系统阐述了热电材料的多尺度结构设计与性能调控策略，总结了器件设计集成与应用技术的**研究成果。本书特别注重基本物理效应与高性能热电材料设计合成的融合，并且对该领域的未来发展和挑战提出了作者的基本思考，利于启发读者的创新思维。

作者简介

目录

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文摘

序言

《热电材料与器件》 著者： 陈立东、刘睿恒、史迅 出版社： 科学出版社 内容简介： 《热电材料与器件》一书，由陈立东、刘睿恒、史迅三位资深学者联袂撰写，并由享有盛誉的科学出版社出版发行，是一部系统深入探讨热电材料及其相关器件的学术专著。本书旨在为读者提供一个全面、前沿且富有洞察力的视角，以理解和掌握这一极具潜力的交叉学科领域。 一、 热电效应的理论基石：回溯与展望 本书的开篇，将带领读者一同回顾热电效应的发现历程，从塞贝克效应、帕尔贴效应和汤姆逊效应这三大基本物理现象的起源讲起。我们将深入剖析这些现象背后的微观机制，例如载流子在温度梯度驱动下的输运行为，以及晶格振动（声子）在能量传递中的关键作用。在深入理解经典理论的基础上，本书将重点阐述现代热电理论的发展，包括量子力学对热电性质的精细描述，以及如何在原子尺度上调控材料的电子结构和声子谱，从而优化热电性能。例如，我们将探讨如何利用能带工程、杂质散射、缺陷工程等手段，精确地调节材料的电导率、塞贝克系数和热导率，以达到热电优值的最大化。 二、 经典与前沿热电材料体系：深度解析与分类 热电材料是实现热电转换效率的核心载体。本书将对当前已知的、具有代表性的经典与前沿热电材料体系进行系统性的梳理与深入的分析。 无机热电材料： 碲化物类： 重点介绍碲化铋（Bi$_2$Te$_3$）和碲化铅（PbTe）等经典材料。我们将详细阐述它们的晶体结构、电子能带结构、声子散射机制以及制备工艺。例如，对于碲化铋，我们将讨论其在室温下的优异热电性能，以及掺杂、纳米化等改性手段对其性能的提升。对于碲化铅，我们将深入探讨其在高温区的优势，以及如何通过缺陷工程和合金化来抑制声子输运，进一步提高其性能。 氧化物类： 讨论具有良好高温稳定性的氧化物热电材料，如钴酸盐（Co$_3$O$_4$）和钙钛矿结构氧化物。我们将分析这些材料的费米能级调控、晶格畸变对声子输运的影响，以及在高温环境下应用的挑战与机遇。 硅化物、锗化物等： 介绍其他具有潜力的无机热电材料，如Mg$_2$Si、CoSb$_3$（塞曼相）等。我们将重点分析它们的独特晶体结构与电子声子耦合特性，以及如何通过元素掺杂和结构设计来优化其热电性能。 有机与混合型热电材料： 导电聚合物： 探讨聚苯胺（PANI）、聚3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）等有机半导体材料。我们将分析其分子结构、电荷传输机制、掺杂策略对电导率和塞贝克系数的影响。 笼状化合物（Clathrates）与填充型矿物（Skutterudites）： 详细介绍这些具有“填塞原子”效应的材料。我们将剖析填塞原子如何有效地散射声子，从而显著降低热导率，提升热电优值。例如，对填充型矿物，我们将深入分析其空腔结构和填塞原子的种类、位置对声子散射效率的影响。 新型合金与纳米复合材料： 关注近年来发展迅速的合金体系，如SnSe、Ag$_2$Te等，以及将纳米结构引入传统热电材料所带来的协同效应。我们将探讨纳米结构的界面散射、量子尺寸效应等对电子和声子输运的独特调控机制。 三、 热电材料的制备与加工：从宏观到微观的掌控 高质量热电材料的制备是实现高效热电转换的前提。本书将详细介绍多种成熟和前沿的热电材料制备技术，并深入分析不同工艺对材料微观结构、相成分、晶界以及缺陷的影响，进而阐述这些微观因素如何反作用于热电性能。 固相反应法与熔炼法： 讲解经典的制备方法，分析其在成分控制、均匀性方面的优缺点，以及如何通过退火等工艺优化材料的性能。 元素扩散法与气相沉积法： 介绍用于制备薄膜和纳米结构材料的技术，分析其在层厚、晶体取向、界面质量等方面的精确控制能力。 烧结技术： 重点关注粉末冶金工艺，包括压制、放电等离子烧结（SPS）、热压烧结（HP）等。我们将详细分析不同烧结参数对材料密度、晶粒尺寸、晶界状态的影响，以及如何通过控制这些参数来优化热电性能。 溶液法与化学合成： 介绍新兴的溶液法制备技术，如溶胶-凝胶法、水热/溶剂热法等，分析其在低成本、大面积制备方面的优势，以及如何通过控制前驱体、反应条件来获得特定形貌和结构的纳米材料。 纳米材料制备技术： 专门探讨如何制备纳米线、纳米片、量子点等纳米尺度的热电材料，分析其特殊的电子和声子输运特性。 四、 热电器件的设计、制备与性能表征：将材料转化为应用 热电材料的优异性能最终需要通过热电器件来体现。本书将全面覆盖热电器件的设计、制备以及性能表征等关键环节。 热电器件的基本结构与工作原理： 详细阐述单体热电效应（如帕尔贴效应）在制冷和制热中的应用，以及其在能源收集中的原理。 热电模块设计： 讲解如何根据具体应用需求，设计热电模块的结构，包括PN结的几何尺寸、电极材料的选择、绝缘材料的布置等。我们将重点讨论如何优化电热耦合，降低内阻和热漏，提高模块的制冷/制热功率和效率。 PN结制备与连接技术： 深入探讨热电材料PN结的制备过程，包括掺杂控制、退火处理，以及如何实现PN结之间的可靠电连接和热连接。 器件封装与集成： 分析器件的封装材料、工艺选择，以及如何实现热电模块与热源、冷源的高效热交换。 性能表征技术： 介绍用于评估热电材料和器件性能的关键测试方法，包括： 电学性能测试： 塞贝克系数、电导率、霍尔系数等。 热学性能测试： 热导率、比热容等。 综合性能评估： 热电优值（ZT值）的计算和测量。 器件性能测试： 制冷/制热功率、制冷/制热系数（COP）、温差（ΔT）等。 五、 热电技术的应用前景与挑战：连接理论与现实 本书的最后一部分，将聚焦于热电技术的广阔应用前景，并客观分析当前面临的挑战和未来的发展方向。 制冷与制热： 讨论热电制冷在便携式冰箱、汽车座椅、电子器件散热、精密仪器控温等领域的应用，以及热电制热在分布式供暖、废热回收等方面的潜力。 能源收集： 重点介绍热电能量收集技术，包括利用工业废热、汽车尾气、太阳能等热源进行电能转换。我们将分析其在物联网设备供电、可穿戴设备、太空探测等领域的应用前景。 其他前沿应用： 探索热电技术在热力学循环、热力学传感、热流密度控制等新兴领域的潜在应用。 面临的挑战： 深入分析当前热电技术规模化应用的主要瓶颈，例如： 材料性能的提升： 如何进一步提高ZT值，降低材料成本。 器件的可靠性与寿命： 如何提高器件在各种工作环境下的长期稳定性。 制造成本的降低： 如何开发低成本、高效率的制备工艺。 环境友好性： 关注材料的可持续性和环保性。 未来发展方向： 展望热电材料与器件领域的未来研究趋势，包括新型材料的开发、先进的纳米制备技术、智能化设计与模拟、与其他能源技术的耦合等。 《热电材料与器件》一书，通过对热电效应理论、材料体系、制备工艺、器件设计与应用等各个层面的深入剖析，为研究人员、工程师以及对该领域感兴趣的读者提供了一份宝贵的参考。本书内容严谨，论证充分，既有深厚的理论基础，又不乏对最新研究进展的关注，力求展现一个全面、动态且充满活力的热电材料与器件研究图景。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最深刻的印象是它对“热电材料”这一概念的深入浅出的讲解。我之前对热电效应的理解仅停留在“温度差产生电压”这个基础层面，但翻阅此书后，我对整个学科的认识发生了质的飞跃。作者们从最基本的半导体物理出发，循序渐进地介绍了热电材料的物理机制，例如塞贝克效应、帕尔贴效应以及汤姆逊效应的微观本质。他们不仅阐述了这些效应是如何产生的，更重要的是，详细解析了影响这些效应效率的关键因素，比如电导率、热导率以及塞贝克系数之间的复杂关系。书中关于材料结构和电子能带理论的探讨，让我看到了不同晶体结构和原子排列如何微妙地影响载流子行为和声子输运，进而影响热电性能。这部分内容虽然涉及较多的理论知识，但作者的表述清晰，配以丰富的图示和表格，使得即使是初学者也能逐渐掌握其中的精髓。特别是关于如何优化材料的“品质因数”Z T值，书中提出了多种策略，从纳米结构设计到合金化，再到复合材料的构建，这些都为我提供了宝贵的理论指导，让我开始思考如何从材料层面去设计和改进热电装置。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构清晰，逻辑性强，内容丰富且具有启发性。作者们将整个热电材料与器件的领域，从基础理论到具体应用，进行了系统性的梳理和整合。全书的章节安排合理，从材料的微观结构和输运机制，到宏观器件的设计和性能评估，再到最终的应用前景展望，层层递进，衔接自然。每个章节的开头都清晰地阐述了本章的重点，并引用了相关的经典文献，为深入研究提供了线索。同时，书中穿插了许多高质量的实验数据和理论模型，使得论述更加翔实可信。我尤其喜欢书中对一些复杂物理现象的深入剖析，作者们通过图表和数学推导，将抽象的概念具象化，让我能够更直观地理解其本质。即使遇到一些我不太熟悉的理论，作者们也能提供足够的背景信息和解释，引导我逐步理解。总的来说，这是一本能够激发思考、拓展视野、并提供坚实知识基础的优秀著作。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书严谨的学术态度和前瞻性的研究视野。在阅读过程中，我能感受到作者们对于热电材料和器件领域有着深厚的积累和独到的见解。他们并没有仅仅停留在已有的经典理论和成熟技术上，而是积极地介绍了当前科研领域的热点问题和未来发展趋势。例如，书中对新型热电材料的探索，如有机热电材料、纳米晶热电材料以及拓扑热电材料，都进行了深入的讨论，并分析了它们各自的优缺点和潜在的应用前景。此外，作者们还探讨了如何利用机器学习和人工智能来加速热电材料的发现和优化，这让我看到了大数据和计算科学在材料研究中的巨大潜力。这种不断追求创新的精神，以及对领域未来发展的清晰判断，让我对热电技术的发展充满了信心，也激励了我去思考自己在这一领域可以做出怎样的贡献。

评分☆☆☆☆☆

这本书在理论深度和实践指导性之间取得了绝佳的平衡。我之前接触过的某些技术书籍，要么过于偏重理论而显得晦涩难懂，要么过于强调实践而忽略了背后的科学原理。但《热电材料与器件》这本书却能够兼顾两者。在理论层面，它不仅提供了扎实的物理基础，还引入了凝聚态物理、统计力学以及材料科学等相关领域的先进理论，为理解热电现象提供了坚实的理论支撑。例如，书中关于朗道-金兹堡理论在热电相变材料中的应用的章节，就给我留下了深刻的印象，它展示了如何利用材料的相变特性来提高热电性能。而在实践层面，作者们则提供了大量具体的器件设计案例和实验数据，从基本的塞贝克发电机和帕尔贴制冷片，到更复杂的集成式热电系统。这些案例中，详细描述了材料的选择、器件的结构设计、热耦合的优化以及实际性能的测试与分析。这使得读者不仅能理解“是什么”，更能明白“怎么做”，为实际的研发工作提供了极具价值的参考。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的另一个惊喜在于它对“热电器件”的前沿应用的详尽介绍。我一直对利用废热发电的技术充满好奇，而这本书恰好满足了我的这一需求。书中不仅回顾了热电技术的历史发展，更重点阐述了当前最活跃、最具潜力的应用领域。例如，在能量收集方面，书中详细介绍了如何利用车辆尾气、工业余热以及太阳能温差来发电，并分析了不同应用场景下热电模块的设计考量和效率瓶颈。我尤其对书中提及的固态制冷技术印象深刻，它摆脱了传统制冷剂的环保问题，在便携式冰箱、精密仪器控温以及未来集成电路散热等领域展现出巨大的应用前景。作者们在分析具体器件设计时，不仅关注了热电材料本身的性能，还深入探讨了热管理、封装技术以及与整体系统的匹配等关键问题。这些实际的工程考量，让我认识到将理论研究转化为实际产品的复杂性，也让我对热电技术在未来能源和科技领域扮演的角色有了更清晰的预判。