制冷技术是严重制约低温电子学走向实用化的关键技术卡点。高昂的制冷代价严重制约了低温电子学的应用场景。研究先进高效的制冷技术依赖于技术革新和材料工艺的原始创新。热电制冷技术相比其他机械式制冷技术具有无振动、静音、快速响应和服役寿命长、结构灵活紧凑、易定制集成等优势，对发展高性能便携红外光电探测器件具有重要意义。然而，低温区实用化材料和器件研发极端不成熟，性能差异巨大。原因之一是热电材料和器件的测量标准不统一，各国和工业界对器件性能的意见分歧重大，业界没有标准的测量手段和分析方法^[1]。不同样品不同取向热电参数的提取和计算带来极大的争议和不确定度，标准化的测量方法缺失严重制约了低温区固态制冷器件的开发^[2]。

中国科学院物理研究所应用物理中心固态制冷方向开发低温制冷器件同时高度关注低温区标准测量手段和分析方法的建立。近期，李国栋副研究员、梁文杰研究员、联合内蒙古师范大学曹永军教授、多场低温科技(北京)有限公司，成功研制了适用于10K至300K宽温区的热电参数综合测试系统及标准化测量方法，可同步精确测量样品的电阻率、塞贝克系数和热导率。研究团队利用该系统，深入表征了多类型碲化铋基热电材料（N型区熔、热挤压样品与P型区熔、热挤压、电火花烧结样品）的低温热电本征参数（电阻率、塞贝克系数、热导率）及其热电优值（zT），验证了该方法和系统的先进性。通过建立误差传递模型，团队首次实现了对上述三个本征参数及zT值的测量不确定度量化分析。实验结果表明，该系统将N型和P型碲化铋基热电材料低温区的zT值测量不确定度由传统的15%-20%显著降低到5%以内^[3]。

该系统的核心创新在于攻克了低温环境下同一样品、相同测试方向全热电参数同步精确测量的技术难题，极大提升了低温热电性能的测试精度，为低温热电材料的研究与应用建立了系统可靠的标准评估方法。这不仅为开发高性能低温热电制冷器件提供了关键的实验支撑，也为制定《低温到近室温区半导体温差发电/制冷器件用热电材料性能测试方法》的行业标准（行标）奠定了坚实的技术基础。

该研究获得了国家自然科学基金和科技部重点研发计划支持，并得到产业界湖北赛格瑞新能源科技有限公司、香河东方电子有限公司等多家热电领军企业协助。

(a)电阻率测量示意图；(b)热导率和塞贝克系数测量示意图；(c)热学测量接线实物图；(d)-(e)现有商用典型N型和P型碲化铋基热电材料的热电优质（zT）温度依赖数据，其中N型包括区熔、卧式和纵向热挤压，P型包括区熔、热挤压和电火花烧结。

参考文献：

[1] H. Wang et al 2013 J. Electron. Mater. 42 654.

[2] J. P. Heremans and Martin 2024 Nat. Mater. 23, 18.

[3] J. Zhang et al 2025 Chinese Phys. Lett. 42, 056304.

文章链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0256-307X/42/5/056304