電池與能源材料
提高熱電材料性能指標 ZT 的方針，下列何者正確？
- A將載子濃度提高到與金屬相當時，席貝克係數與電導率都變大，因此 ZT 大幅上升
- B降低電導率並提高熱導率，熱在元件中傳得更快，因此容易產生溫差而使 ZT 上升
- C以奈米結構或重原子散射聲子，降低晶格熱導率，並盡量不妨礙導電
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正確答案：C. 以奈米結構或重原子散射聲子，降低晶格熱導率，並盡量不妨礙導電
要提高 ZT = S²σT/κ，必須使席貝克係數 S 與電導率 σ 高、熱導率 κ 低。然而提高載子濃度時，σ 雖然增加，S 卻變小，電子傳遞的熱傳導（Wiedemann-Franz定律）也增加，因此最佳的載子濃度是10¹⁹〜10²⁰ cm⁻³ 左右、接近簡併的半導體。若提高到金屬程度，S 會變得太小。因此，只讓傳遞大部分熱的聲子在奈米結構界面或重原子的搖晃（rattling）中被散射，以降低晶格熱導率，是有力的方針，以「聲子如玻璃，電子如晶體」來形容。降低 σ 並提高 κ 是使 ZT 下降的方向。