國際熱電會議簡介
第31 屆國際熱電暨第10 屆歐洲熱電會議(The 31st International & 10th European Conference on Thermoelectrics)由丹麥奧爾堡大學主辦，於2012 年7 月9 日至12 日在丹麥奧爾堡召開。會議內容包括熱電材料、模組系統設計及應用三大領域，共24項研討主題。奧爾堡大學Lasse Rosendahl 教授主持開幕式，國際熱電學會(International Thermoelectric Society; ITS)主席華盛頓大學楊繼輝教授代表致辭，丹麥能源與氣候部長Lykke Friis 則藉由視訊進行演講。另外，澳洲University of New South Wales 的Goldsmid教授、日本名古屋大學Koumoto 教授、俄羅斯科學院物理技術研究所Fedorov 教授等受邀演講以緬懷David Michael Rowe 教授(The University of Wales; Cardiff)及Marat Viktorovich Vedernikov 博士(Ioffe Physicaltechnical Institute)，並闡述其在熱電材料研究領域的傑出貢獻。
目前全球使用的90% 能源主要來自煤礦或石油礦物燃燒，而熱機轉換效率偏低，其中約70% 的能量以熱能型態耗散到環境中。如何利用這部分耗散的熱能，提高能源的使用率，已成為全球科技發展的重要課題。因此，能夠直接將熱能轉化成電能的熱電轉換技術已成為近年來研發的重心。國際熱電會議是熱電領域一年一度的專業性聚會，每年7~8 月間輪流於亞洲、歐洲及美洲舉辦，全世界的熱電科學家、工程師及相關研究者齊聚一堂進行交流。
熱電材料技術發展
目前全球熱電研發趨勢講求『理論推導及機制建立』、『奈米材料成分及結構設計與合成』與『熱電特性量測及顯微結構分析』三大領域結合（圖一）。歐盟熱電研發團隊包含學術界物理、化學及工程與非學術界等研究人員，符合全球熱電研發理論、材料及特性結合之趨勢。雖然目前還是以學術研究為主，但其研發能量不可小覷，值得國內熱電研發借鏡學習（圖二）。目前全球熱電材料研發結果，其熱電特性中，除了矽奈米線的ZT 值在1 以下，其餘皆突破1 。雖然在2000 年時曾利用超晶格方式成長BiTe 系列的熱電材料，其發表ZT 值接近於2.5 ，但在後續研究中，沒有進一步的突破（圖三）。熱電材料奈米化後，不管低溫BiTe 系列熱電材料或高溫SiGe 系列熱電材料，其ZT 值皆有明顯提高的趨勢，而PbTe 系列添加微量元素Tl 、Ag 或Sb 也能大幅提升其熱電特性。
圖一、奈米熱電(Nanothermoelectric)研發概念
圖二、歐盟奈米熱電研發團隊領域分布
熱電奈米粉體的製作，除了高能球磨等物理製程之外，化學合成法是會場中常見的合成方法。將離子透過還原程序，給予能量進行反應形成奈米粉體。藉由反應物濃度及反應溫度來控制奈米粉體的大小及形狀，已是普遍的通則。然而對於合成所得之奈米粉體表面氧化的抑制，除了在無氧環境下操控，或是在奈米粉體表面形成保護層等策略外，幾乎沒有新的方法被開發出來，也少有人進行深入探討。然而在奈米粉體表面形成保護層，長期被人詬病的缺點- 保護層的殘留分子最後會併入複合材料中，造成熱電特性之降低，似乎有了新的轉變。某些保護層似乎不但具備保護功能，即便加入材料內也不會對複合材料特性產生負面影響，這項發展是值得進一步觀察與注意。
除了增加Density of State 來提升Seebeck係數之外，控制晶體排列方向來增加導電度也是另一值得注意的研究方向。以碲化鉍系列材料為例，碲化鉍為 Rhombohedral結構晶體，其Basel Plane 方向為導電度最佳的方向。在奈米複合材料的製程中……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：許家展、李文錦 / 工研院材化所
★ 本文節錄自「工業材料雜誌310期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10642