塞贝克效应（Seebeck Effect）

什么是塞贝克效应？

塞贝克效应（Seebeck Effect）是一种热电现象，指当两种不同导体或半导体材料连接成回路，并在两个接点处存在温度差时，回路中会产生电动势（电压），从而形成电流。

这一效应由德国物理学家托马斯·约翰·塞贝克（Thomas Johann Seebeck）于1821年首次发现，是热电技术的基础之一。

基本原理

在温差存在的情况下，材料内部的载流子（电子或空穴）会从高温端向低温端扩散，导致电荷分布不均，从而在两端形成电势差。

其中：

• V 是产生的电压（单位：伏特 V）
• S 是塞贝克系数（单位：V/K 或 μV/K）
• ΔT 是两个接点之间的温差（单位：开尔文 K）

历史背景

1821年，塞贝克在实验中观察到：将铜和铋组成的闭合回路一端加热后，附近的磁针发生偏转。他误以为这是“热磁效应”，但后来被证实是由温差引起的电流所致。

此后，帕尔帖效应（Peltier Effect）和汤姆逊效应（Thomson Effect）相继被发现，三者共同构成了热电效应的完整理论体系。

实际应用

• 热电偶（Thermocouples）：广泛用于工业测温，如冶金、化工、航空航天等领域。
• 温差发电（Thermoelectric Generators, TEGs）：利用废热（如汽车尾气、工厂余热）发电，实现能源回收。
• 深空探测器电源：NASA 的旅行者号、好奇号火星车使用放射性同位素热电发生器（RTG）供电。
• 可穿戴设备：利用人体与环境温差为微型传感器供电。

研究前沿

当前科研重点在于开发高塞贝克系数、低热导率、高电导率的新型热电材料，如：

• Bi₂Te₃（碲化铋）及其合金
• PbTe（碲化铅）
• Skutterudites（方钴矿）
• 有机热电材料与纳米结构复合材料

提升热电优值（ZT 值）是提高能量转换效率的关键。