材料人报告 | 热电材料研究报告

材料人报告征集令

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2、科研领域热点人物
3、高校热点研究机构
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总论

热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。随着空间探索兴趣的增加、医用物理学的进展以及地球资源考察与探索活动的日益增加，需要开发一类能够自身供能且无需照看的电源系统，热电发电对这些应用尤其合适。

对于遥远的太空探测器来说，以放射性同位素供热的热电发电器是唯一的供电系统，已被成功的应用于美国宇航局发射的“旅行者一号”和“伽利略火星探测器”等宇航器上。自然界温差和工业废热均可用于热电发电，它能利用自然界存在的非污染能源，具有良好的综合社会效益。利用帕尔帖效应制成的热电制冷机具有机械压缩制冷机难以媲美的优点：尺寸小、质量轻、无任何机械转动部分，工作无噪声，无液态或气态介质，因此不存在污染环境的问题，可实现精确控温，响应速度快，器件使用寿命长。还可为超导材料的使用提供低温环境。另外利用热电材料制备的微型元件还可用于制备微型电源、微区冷却、光通信激光二极管和红外线传感器的调温系统，大大拓展了热电材料的应用领域。

因此，热电材料是一种有着广泛应用前景的材料，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行新型热电材料的研究具有很强的现实意义。

1、发文数量

小编以web of science为检索工具，检索到在2007-2017年这个时间段内，SCI共收录热电材料文章25048篇。我们先看一下热电材料在这一时间段的发文数量是怎样变化的。

上图中菱形、方形分别为热电材料全球和国内的SCI对应年份发文数据。我们可以看到，国内（方形）在热电材料领域的发文数量增长速率与在世界范围内热电材料发文数量增长速率还有一定的差距，表明热电材料的科研热度在国内还有待进一步提升。同时上图显示近十年的时间里，国内在热电材料领域的发文数量基本占据世界范围整体发文量的大约20%，可以看出中国的科研工作者们为热电材料的发展做出了一定的贡献。

2、发文期刊

接下来我们仍然就这25048篇SCI文章为研究对象，分析一下刊发出这些文章的期刊。

在收录热电材料的期刊中，哪些期刊收录的ESI高被引文章更多呢？（注：ESI高被引文献是由汤森路透根据ESI收录期刊引文数量统计的22个学科在10 年内被频繁引用，总被引次数与同年度，同学科发表论文相比排名位于全球前1%的论文）

我们对收录热电材料文章最多的25个期刊进行了统计，还统计了收录高被引文献较多的前25种期刊。可以发现，Physical Review B，Physical Review Letters，Applied Physics Letters和Chemistry of Materials无论在发文数量还是在高被引的数量中都位列前25名。Physical Review Letters收录了127篇关于热电材料的文章，而且其中有14篇入选ESI高被引文章。Physical Review B收录了896篇关于热电材料的文章，而且其中有18篇入选ESI高被引文章。相比之下，Journal of Electronic Materials虽然收录1198篇相关文章，但是高被引文章数量并未进入前25。以上两方面的数据分析，为大家在查阅热电材料相关文献以及选择投稿期刊方面给出了具有参考价值的结果。

3、各个国家/地区发文数据分析

那么，中国人对热电材料的研究做了多大贡献呢？答案是，非常大！

我们仍然以web of science检索到的25048篇文章为研究对象，看一下热电材料领域不同地区被SCI收录的文章数量，下图给出了排名前10地区的发文数据。

美国发文数量为4518篇，位居第一。中国大陆紧随其后，发文数量为4324篇文章。另外，日本和德国分别以2087和1446篇的数量位列第三和第四名。发文数量的多少说明了在不同地区的研究热度，你或许会觉得，发文数量多并没什么了不起，灌水多开心啊。那么，我们以另一个更公允的标准来评判各国家/地区的发文质量，那就是上文提到的ESI高被引论文。

热电材料入选ESI高被引的文章共280篇，其中美国以171篇的数量，占总数的61.07%。中国大陆、日本和法国，分别以87、20和15篇的数量位列第二到第四名。这样看来，美国的高质量文章产率相对较高，相比美国，我国在热电领域的研究还需努力。可以说，在热电材料领域，中美的研究占据了世界的半壁江山。但是，在发文前10的国家/地区中，俄罗斯和中国台湾未再进入高被引前10名，反而西班牙，澳大利亚却进入了高被引文章数量的前十名。因此，相比于单纯地依靠发文数量来评价研究水平或研究贡献的高低，是不客观的，我们更应该结合高被引文章的数量来综合评价和分析。

4、各研究机构的发文数据分析

下面我们来看一下，各研究机构的发文数量和ESI高被引文章数量。

我们选择发文量前15的机构以及入选ESI高被引文章前15的机构。可以看出，无论从数量还是质量来评判，中国机构的表现都可圈可点。其中，中科院系统继续在与美国科研机构的较量中不落下风。总体而言，从发文数量看，中国有4所机构进入世界前15，在ESI高被引排名中也有4所进入世界前15。值得注意的是同济大学虽然发文量排名未进入世界前15，但是ESI高被引文章数量却进入了世界前15之列。反观很多国外的机构，比如美国的劳伦斯伯克利国家实验室，芝加哥大学等虽然没有进入发文量的前15，但是ESI高被引文章排名却进入了世界前15。

5、关于热电材料的专利发表情况

小编根据WIPO数据库，对热电材料（thermoelectric materials）的相关专利发表情况进行了统计，从2008年至2017年末发表专利数量达到了7677篇，下面小编从年份、研究机构分布等不同方面为大家分析。

首先我们可以发现我国在热电材料领域的专利申请数量基本占据世界发表专利数量的近三成，表明我国在热电材料的创新领域占据着重要的地位。

同样我们从下图中通过比较各国在2008年至2017年期间专利申请情况也可以发现，我国与日本和美国相比还有一定的差距。而在国内，武汉理工大学申请的热电材料领域相关专利数量位居全国第一，其中武汉理工大学唐新峰教授以18篇专利数量位居国内第一。

最后小编为大家附上10篇热电材料ESI高被引前十的经典文献：

1. Complex thermoelectric materials, (Nature Materials, 2008, DOI: 1038/nmat2090)
2. Two-Dimensional Nanosheets Produced by Liquid Exfoliation of Layered Materials, (Science, 2011, DOI: 10.1126/science.1194975)
3. High-thermoelectric performance of nanostructured bismuth antimony telluride bulk alloys, (Science, 2008, DOI:1126/science.1156446)
4. Enhanced thermoelectric performance of rough silicon nanowires, (Nature, 2008, DOI:1038/nature06381)
5. New directions for low-dimensional thermoelectric materials, (Advanced Materials, 2007, DOI:1002/adma.200600527)
6. Silicon nanowires as efficient thermoelectric materials, (Nature,2008, DOI:1038/nature06458)
7. Cooling, heating, generating power, and recovering waste heat with thermoelectric systems,(Science,2008, DOI:1126/science.1158899)
8. Enhancement of thermoelectric efficiency in PbTe by distortion of the electronic density of states, (Science,2008, DOI:1126/science.1159725)
9. High-performance bulk thermoelectrics with all-scale hierarchical architectures, (Nature, 2012, DOI: 1038/nature11439)
10. Convergence of electronic bands for high performance bulk thermoelectrics, (Nature, 2011, DOI:1038/nature09996)

本文由材料人编辑部学术组Z. Chen供稿，欧洲足球赛事 整理编辑。

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