热电材料可以将人类使用最广泛的两种能量——热能和电能，相互转换：
将电能转化为热能，可实现固体制冷和温度控制。热电材料已应用于小型冰箱、红酒酒柜、高功率激光器的温控设备等，也有望应用于未来通信技术的控温。
将热能转化为电能，可实现温差发电。随着物联网的发展，小型化热电发电器有望成为便携式或自供能的新型电源。
而在所有热电材料中，碲化铋基热电材料是应用最广的一类。它具有优秀的热电性能，而且在较低温度的近室温区具有最佳性能。
最近，清华大学材料学院李敬锋教授团队在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)发表观点文章，分析碲化铋基热电材料的性能优势，概述近10年中的研究进展，并指出n型碲化铋基材料性能提升缓慢的原因及其应对策略，为下一步研究及应用提供了思路。
近年来，新工艺、新理论不断出现，促进了热电材料的快速发展，出现了众多高性能的新型热电材料，特别是，中高温材料的热电优值（ZT值）得到了显著提升。然而，碲化铋基热电材料依然是唯一获得规模化应用的商用热电材料，也是近室温区性能最优的热电材料。
过去十年间，基于能带工程、位错工程、缺陷工程等手段，p型碲化铋基材料获得了突破性进展，其峰值ZT值已可达1.4-1.6。然而，基于相同思路对n型碲化铋基热电材料进行优化，却未能获得重要进展，其峰值ZT对应的温度也明显高于室温（如下图）。
针对这一现状，文章从碲化铋材料的晶体结构入手，分析了p型和n型碲化铋的能带结构和电输运特性的差异（下图a-d），并指出未来的研究和探索重点应为：
研发新的材料制备工艺，以提升n型碲化铋基热电材料性能；
设计和制备纳米复合结构与织构化相融合的微纳结构（下图e）。
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Bi2Te3-based applied thermoelectric materials: research advances and new challenges
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa259
来源：中国科学杂志社
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