本發(fā)明總體涉及熱電元件。熱電元件與并入此類元件的結(jié)構(gòu)和設(shè)備一起提供。

背景技術(shù)：
熱電能量轉(zhuǎn)換器（TEC）是將熱電材料用于能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備。熱電材料表現(xiàn)熱電效應(yīng)，其中響應(yīng)于施加的電壓在材料中生成熱梯度，或者在施加熱梯度時跨越材料生成電壓。TEC因此可以用來從熱梯度得到電功率或者從施加的電壓生成用于加熱或者冷卻目的的熱梯度。TEC的效率由無量綱熱電品質(zhì)因數(shù)ZT表達(dá)。這可以由表達(dá)式ZT=σS2/κT描述，其中σ是電導(dǎo)率，κ是熱導(dǎo)率，T是絕對溫度，并且S是塞貝克（Seebeck）系數(shù)。一般假設(shè)大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)功率生成需要3至4的ZT值。在體材料中，σ、S和κ相互依賴，并且已知大于1的ZT難以實(shí)現(xiàn)。使用納米結(jié)構(gòu)材料的新近進(jìn)步提示可以單獨(dú)調(diào)節(jié)這些參數(shù)。組合金屬材料和半傳導(dǎo)材料的納米復(fù)合物和超晶格表現(xiàn)出比它們的相應(yīng)體材料更高的功率因子σS2。組合不同材料的這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)由于電子勢壘的能量過濾效應(yīng)而提供提高的性能。例如在以下文獻(xiàn)中討論其中由于材料在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的特定組合而形成能量勢壘的這一效應(yīng)：“ImprovedThermoelectricPowerFactorinMetal-basedSuperlattices”,Vashaeeetal.,PhysicalReviewLetters,Vol.92,No.10,2004。當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)的基于納米復(fù)合物的TEC實(shí)現(xiàn)最佳為2的ZT值，并且僅在很高溫度或者在很窄溫度范圍中實(shí)現(xiàn)最大值。對于一維系統(tǒng)（諸如半傳導(dǎo)納米線）的研究已經(jīng)表明這一幾何結(jié)構(gòu)可以通過降低熱導(dǎo)率κ來增強(qiáng)ZT。然而異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的一般問題是存在由于失控的電荷載流子散射而引起降低導(dǎo)電性的界面狀態(tài)。制作合適的結(jié)構(gòu)也困難和昂貴。盡管基于平面和一維納米結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供比基于納米粒子的復(fù)合物更精確的電子勢壘控制，但是這些需要甚至更昂貴的制作技術(shù)。例如在納米線陣列的情況下，體積密度引起附加問題。公開號為US2008/0276979的美國專利申請公開一種應(yīng)變超晶格納米線。在納米條的相對表面上反相布置量子點(diǎn)，其中在相對表面上的點(diǎn)未直接彼此相對定位，而是沿著條的長度偏移定位。在點(diǎn)與條材料之間的晶格失配引起間歇表面應(yīng)變調(diào)制，從而產(chǎn)生條的帶隙中的周期性變化并且因此產(chǎn)生用于增加塞貝克系數(shù)的微帶（miniband）結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例提供一種熱電元件，包括由單個熱電材料形成并且在第一方向上延伸的本體，在熱電操作中沿著該第一方向建立熱梯度。在這一元件中：本體在所述第一方向上至少具有第一相鄰分節(jié)和第二相鄰分節(jié)；所述分節(jié)中的至少一個分節(jié)受到在所述第一方向上基本上環(huán)繞本體的中心軸向該分節(jié)施加的應(yīng)力；并且該布置使得所述應(yīng)力在第一分節(jié)和第二分節(jié)中造成不同應(yīng)變從而在本體中產(chǎn)生能量勢壘以增強(qiáng)熱電操作。因此在體現(xiàn)本發(fā)明的熱電元件中，本體由單個熱電材料形成。本體（至少）在第一方向上延伸，熱梯度在操作中將與該第一方向?qū)?zhǔn)。向本體的在這一第一方向上彼此相鄰的第一分節(jié)和第二分節(jié)中的至少一個分節(jié)施加應(yīng)力。在受到應(yīng)力的本體分節(jié)中，基本上環(huán)繞本體的在第一方向上延伸的概念中心軸向該分節(jié)施加應(yīng)力。施加的應(yīng)力在第一分節(jié)和第二本體分節(jié)中引起不同應(yīng)變，并且這一應(yīng)變差在本體中產(chǎn)生能量勢壘以增強(qiáng)熱電效應(yīng)。因此，本發(fā)明的實(shí)施例使用應(yīng)變調(diào)制以提高單個材料中的熱電性能，由此避免與以上討論的異質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的問題。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，基本上環(huán)繞本體的中心軸向任何給定的本體分節(jié)施加向本體分節(jié)施加的用于產(chǎn)生應(yīng)變調(diào)制的應(yīng)力。由于這一點(diǎn)，本體分節(jié)的整個截面將有應(yīng)變從而保證微帶結(jié)構(gòu)在整個截面之上的可靠形成。在操作中，因此可以沒有用于電流在第一方向上流過本體的備選路徑并且避免有應(yīng)變的區(qū)域。本發(fā)明的實(shí)施例提供通過單個材料中的應(yīng)變提供有效帶隙調(diào)制的高效熱電元件。此外，可以容易調(diào)節(jié)施加的應(yīng)力以給予用于特定操作條件的所需應(yīng)變。以下將結(jié)合具體實(shí)施例討論這一和其它優(yōu)點(diǎn)。在本體的第一分節(jié)和第二分節(jié)中的不同應(yīng)變可以歸因于僅一個分節(jié)有應(yīng)變，即應(yīng)變可以在一個分節(jié)中為零而在另一個中不為零。備選地，兩個分節(jié)可以有應(yīng)變，但是程度不同。一般而言，在本體分節(jié)中產(chǎn)生應(yīng)變的應(yīng)力可以為張拉或者壓縮并且可以為橫向，即橫切或者大體上垂直中心軸、或者軸向（即沿著或者大體上平行于中心軸）、或者二者的組合。這一應(yīng)力引起的應(yīng)變可以類似地涉及到橫向和/或軸向應(yīng)變場。然而如任何情況下，基本上環(huán)繞中心軸向本體分節(jié)施加應(yīng)力。因此，如在截面中所見的那樣，基本上在中心軸的所有側(cè)上向本體的材料施加對分節(jié)的應(yīng)力，從而在軸的所有側(cè)上的材料如上文討論的那樣受到應(yīng)變。在一些實(shí)施例中，第一分節(jié)和第二本體分節(jié)中的至少一個本體分節(jié)具有在其表面上形成的用于向該分節(jié)施加應(yīng)力的應(yīng)力源層。根據(jù)本體幾何結(jié)構(gòu)，此類應(yīng)力源層可以在繞著中心軸的方向上完全包圍分節(jié)。應(yīng)力源層可以形成于第一分節(jié)和第二分節(jié)中的僅一個分節(jié)上，并且由這一應(yīng)力源層施加的應(yīng)力可以本身足以產(chǎn)生應(yīng)變差從而創(chuàng)建能量勢壘，即無任何附加的施加的應(yīng)力和/或待描述的應(yīng)變調(diào)制機(jī)制。在其它實(shí)施例中作為備選或者附加地，第一分節(jié)和第二分節(jié)均可以經(jīng)由在所述第一方向上向所述本體施加的力而受到應(yīng)力。具體而言，可以經(jīng)由在本體的在第一方向上的每個末端處施加的力而施加軸向應(yīng)力。在運(yùn)用此類軸向應(yīng)力時，第一本體分節(jié)和第二本體分節(jié)可以被不同地成形，例如具有與中心軸垂直的不同寬度，從而施加的力在兩個分節(jié)中引起不同應(yīng)變。在簡單實(shí)施例中，這一效應(yīng)可以本身足以產(chǎn)生能量勢壘而無任何其它應(yīng)力或者應(yīng)變調(diào)制機(jī)制。第一本體分節(jié)和第二本體分節(jié)中的至少一個本體分節(jié)的表面可以被成形為散射聲子用于減少本體的導(dǎo)熱性，從而進(jìn)一步增強(qiáng)熱電操作。在具有涂敷的應(yīng)力源層的實(shí)施例中，應(yīng)力源層可以適于減少本體中的導(dǎo)熱性。可以通過適當(dāng)選擇應(yīng)力源層以便利用聲子從本體向應(yīng)力源層中的泄漏來實(shí)現(xiàn)這一效應(yīng)。備選地或者附加地，應(yīng)力源層的表面可以被成形為促進(jìn)聲子散射。在特別優(yōu)選實(shí)施例中，本體沿著它在第一方向上的范圍具有多對所述第一分節(jié)和第二分節(jié)。所述分節(jié)中的每個分節(jié)優(yōu)選地在第一方向上具有在約1至1000nm的范圍內(nèi)、理想地在約10至100nm的范圍內(nèi)的長度。本體可以在第一方向上延長，例如包括任何所需截面形狀的納米線（其中這一形狀可以在第一本體分節(jié)和第二本體分節(jié)中不同）。常見示例包括圓化（例如圓形）截面以及給予條形納米線（納米條）的大體上矩形截面。其它實(shí)施例可以運(yùn)用片狀本體，即在第一方向及其橫向二者上延伸以形成大體上二維片（該片可以基本上為平面或者可以不這樣）的材料層。利用這一或者其它本體幾何結(jié)構(gòu)，熱電結(jié)構(gòu)可以由此類元件的堆疊形成。具體而言，本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例提供一種熱電結(jié)構(gòu)，該熱電結(jié)構(gòu)包括多個根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例的熱電元件，元件被布置于堆疊中而其中心軸基本上彼此平行和對準(zhǔn)。堆疊中的元件可以彼此一體地形成。本發(fā)明的第三方面的實(shí)施例提供一種熱電設(shè)備，該熱電設(shè)備包括多個根據(jù)本發(fā)明的第一方面的熱電元件，其中元件被并排布置而其中心軸基本上彼此平行和對準(zhǔn)，每個元件在本體的在所述第一方向上的末端處的相應(yīng)電接觸之間延伸。附圖說明現(xiàn)在將參照附圖通過示例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在附圖中：圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的第一熱電元件的示意圖示；圖2是圖1的元件的截面圖；圖3是體現(xiàn)本發(fā)明的第二熱電元件的示意圖示；圖4a和圖4b是圖3的元件的截面圖；圖5a和圖5b是圖示本發(fā)明的實(shí)施例中的能量勢壘形成的示例能帶圖；圖6和圖7圖示體現(xiàn)本發(fā)明的片狀熱電元件；圖8是體現(xiàn)本發(fā)明的又一熱電元件的示意圖示；圖9a和圖9b示出體現(xiàn)本發(fā)明的另一熱電元件；圖10a和圖10b圖示體現(xiàn)本發(fā)明的熱電結(jié)構(gòu)；圖11是體現(xiàn)本發(fā)明的基于納米線元件的熱電設(shè)備的示意圖示；圖12是納米線元件陣列的示意圖示；以及圖13圖示基于納米線陣列的熱電轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施方式圖1示出熱電元件的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。元件1包括由單一熱電材料形成的延長的本體2。本體2在這一示例中由具有基本上圓形截面的納米線形成。納米線2的縱向方向限定如下方向，如圖中的箭頭所示，將在熱電操作期間沿著該方向建立熱梯度。因此，元件1將被布置為用于在不同溫度的兩個區(qū)域（在圖中由“熱貯存器”和“冷貯存器”表示）之間操作而沿著納米線的長度基本上在它的中心延伸的概念縱軸CC在熱梯度的方向上延伸。在納米線2的縱向方向上限定多對相鄰分節(jié)s1、s2，使得分節(jié)s1和s2沿著納米線的長度交替。第一分節(jié)s1具有在其表面上形成的用于向納米線的該分節(jié)施加應(yīng)力的應(yīng)力源層3。圖2是在圖1的方向A-A上穿過分節(jié)s1的示意截面。在這一示例中，應(yīng)力源層被形成2為環(huán)繞中心軸CC延伸的包圍本體分節(jié)的涂層。相鄰第二分節(jié)s2由納米線的無應(yīng)力源層3的區(qū)域限定。舉例而言，納米線2可以具有微米或者數(shù)十微米級（通常約為5μm）的長度和納米或者數(shù)十納米級（通常約為50nm）的寬度。分節(jié)s1和s2可以各自具有納米或者數(shù)十納米級的長度，并且在這一示例中通常約為20nm。如以下進(jìn)一步討論的那樣，應(yīng)力源層3用于向納米線的分節(jié)s1施加應(yīng)力。由于應(yīng)力源層這里包圍本體分節(jié)s1，所以環(huán)繞中心軸CC向該分節(jié)施加應(yīng)力，使得在軸的所有側(cè)上的材料受到應(yīng)力。施加的應(yīng)力在本體分節(jié)s1中引起應(yīng)變，這一應(yīng)變在s1的整個截面之上延伸。利用這一特定配置，可以在本體分節(jié)的表面與中心軸CC之間引起徑向應(yīng)變。然而在此類實(shí)施例中也可以使用適當(dāng)應(yīng)力源層來施加縱向應(yīng)變（沿著軸CC）。應(yīng)變場的特定方向依賴于施加的應(yīng)力是張力還是壓縮力。作為對照，分節(jié)s2未受到應(yīng)力，因此這一本體分節(jié)無應(yīng)變。該效應(yīng)因此將沿著納米線2的長度產(chǎn)生應(yīng)變調(diào)制模式。圖3、圖4a和圖4b更清楚地圖示應(yīng)變調(diào)制效應(yīng)。圖3圖示熱電元件5，該熱電元件與元件1大體上對應(yīng)，但是基于具有基本上方形截面的納米線本體6。涂敷應(yīng)力源層7為繞著每個本體分節(jié)s1的涂層而相鄰分節(jié)s2無應(yīng)力源層。圖4a示出元件5的縱向截面，該截面指示所得應(yīng)變調(diào)制模式。圖4b是穿過分節(jié)s1的與中心軸CC垂直的截面，該截面示出在本體分節(jié)的整個截面之上的應(yīng)變。（基于諸如材料和操作參數(shù)的如以下進(jìn)一步討論的各種因素）確定上述實(shí)施例中的由應(yīng)力源層3、7施加的應(yīng)力，使得在分節(jié)s1與s2之間的所得應(yīng)變差具有在納米線2、6中產(chǎn)生能量勢壘以增強(qiáng)熱電操作這樣的效應(yīng)。將關(guān)于圖5a和5b的示意能帶圖說明這一效應(yīng)。圖5a示出用于與體現(xiàn)本發(fā)明的熱電元件1、5的本體的兩個分節(jié)s1（在左側(cè)）和s2（在右側(cè)）對應(yīng)的相應(yīng)導(dǎo)體的示例性能帶圖。EV代表價帶邊緣并且EC代表導(dǎo)帶邊緣，其中EG1表示與分節(jié)s1對應(yīng)的帶隙，并且EG2表示與分節(jié)s2對應(yīng)的帶隙。EF代表在每種情況下的費(fèi)米能量（Fermienergy），并且EVAC代表真空能級。將看見兩個導(dǎo)體具有不同費(fèi)米能量和導(dǎo)帶邊緣，而費(fèi)米能量接近導(dǎo)帶邊緣（并且這里在導(dǎo)帶邊緣上方）。在圖5b中指示與分節(jié)s1和s2對應(yīng)的導(dǎo)體的接觸效應(yīng)。在接觸時，費(fèi)米能量EF對準(zhǔn)并且，如在圖中的10處所示產(chǎn)生能量過濾勢壘。這一能量勢壘將阻止在費(fèi)米能量附近的傳導(dǎo)電子中的一些傳導(dǎo)電子，從而造成增加的塞貝克系數(shù)并且因此造成熱電效應(yīng)的提高。與圖5a和5b類似，施加應(yīng)力以在元件1、5的分節(jié)s1中引起應(yīng)變使s1中的導(dǎo)帶邊緣向上移動（在這一示例中）并且分節(jié)s1和s2的菲米能量對準(zhǔn)，由此在本體2、6中形成能量勢壘。通過適當(dāng)選擇如以上描述的參數(shù)EC和EF，本體分節(jié)s2（或者在其它示例中為s1）可以視為勢壘分節(jié)，并且在分節(jié)s1與s2之間的界面處形成能量勢壘。分節(jié)s2和s2沿著納米線本體2、6的長度的交替模式允許實(shí)際長度的元件中的高效能量勢壘形成。因此通過應(yīng)變修改相同材料來實(shí)現(xiàn)能量過濾超晶格，從而避免與先前異質(zhì)結(jié)構(gòu)超晶格關(guān)聯(lián)的問題。另外，由于本體分節(jié)s1的整個截面有應(yīng)變，所以用在納米線的整個截面之上表現(xiàn)的能帶調(diào)制實(shí)現(xiàn)高效微帶結(jié)構(gòu)，從而避免原本會降低元件效率的備選電流路徑?？梢允褂靡阎幚砑夹g(shù)來制作用于在元件1、5中使用的納米線，并且可以如適合的那樣選擇納米線和應(yīng)力源層的材料以實(shí)現(xiàn)以上描述的能量過濾結(jié)構(gòu)。具體而言，可以選擇材料使得勢壘分節(jié)（上述s2）的導(dǎo)帶邊緣在相鄰分節(jié)（上述s1）的費(fèi)米能量的范圍內(nèi)。通常，勢壘分節(jié)導(dǎo)帶應(yīng)當(dāng)在相鄰分節(jié)的費(fèi)米能量的kT級的范圍內(nèi)，其中k是玻爾茲曼常數(shù)并且T是絕對溫度。納米線材料將通常具有接近導(dǎo)帶邊緣并且優(yōu)選地在導(dǎo)帶邊緣上方的菲米能量。摻雜半導(dǎo)體是合適的材料的良好示例，這是因?yàn)橘M(fèi)米能量通常很接近這些材料中的導(dǎo)帶。施加的應(yīng)力引起的應(yīng)變?nèi)缓蟾鶕?jù)特定材料以及由應(yīng)力源層引起的應(yīng)變類型向上或者向下移導(dǎo)帶邊緣以形成能量勢壘。應(yīng)力源層可以形成于納米線上并且使用公知處理技術(shù)（諸如原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、分子束外延等）來圖案化以產(chǎn)生分節(jié)s1。例如可以使用掩蔽和/或蝕刻技術(shù)以通常方式實(shí)現(xiàn)圖案化。應(yīng)力源層可以由例如由于在應(yīng)力源層與納米線之間的晶體結(jié)構(gòu)差異（諸如晶格常數(shù)差或者在產(chǎn)生本征生長應(yīng)力的材料界面的特定鍵合角度差）或者由于應(yīng)力源層和納米線的熱膨脹系數(shù)差而固有地適于向納米線施加應(yīng)力的材料形成。在其它實(shí)施例中，可以形成應(yīng)力源層為被后處理以向納米線施加應(yīng)力的預(yù)備層，例如在后處理時例如由于熱處理引起的非晶態(tài)/晶態(tài)相轉(zhuǎn)變而經(jīng)歷體積改變的層。在公開號為WO2012/066444的共同未決國際專利申請中描述用于在納米線上形成應(yīng)力源層的此類技術(shù)的示例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣，許多因素影響特定應(yīng)力源層將在特定納米線中引起的應(yīng)變的性質(zhì)和程度。這些因素包括在討論的材料之間的特定界面化學(xué)性，例如如何形成化學(xué)鍵以及這些鍵的特定長度和角度以及材料的晶體結(jié)構(gòu)（例如晶格常數(shù)和晶體方向）。與材料一樣，應(yīng)力源層和納米線的尺寸（例如厚度）也與應(yīng)變特性相關(guān)。更厚應(yīng)力源層可以施加更多應(yīng)力，并且更薄納米線可以更容易有應(yīng)變。因此在制作元件1、5時，可以選擇特定材料和工藝參數(shù)以實(shí)現(xiàn)用于能量勢壘形成的所需應(yīng)變特性。適當(dāng)材料和工藝將基于這里描述的原理容易為本領(lǐng)域技術(shù)人員所清楚。在一個示例性實(shí)現(xiàn)方式中，納米線2、6可以由Si形成并且應(yīng)力源層3、7可以由Si1-xGex形成以實(shí)現(xiàn)近似210meV/GPa的帶隙調(diào)制。在另一示例中，納米線2、6可以由GaAs形成并且應(yīng)力源層3、7可以由InGaAs/AlGaAs形成以實(shí)現(xiàn)近似80meV/GPa的帶隙調(diào)制?？梢越?jīng)由光刻、薄膜生長和蝕刻或者任何其它方便方法實(shí)現(xiàn)構(gòu)造應(yīng)力源層以提供分節(jié)s1。圖6圖示體現(xiàn)本發(fā)明的另一熱電元件的示意圖示。這一元件12廣義地與圖2的元件5相似，但是橫向延伸以獲得片狀幾何結(jié)構(gòu)。也就是說，這一元件的本體13在其中心軸CC的方向及其橫向二者上延伸，從而在這一示例中形成基本上平面片。本體13的寬度可以通常為數(shù)十或者數(shù)百納米級，并且可以與它在如下軸向方向CC上的長度相似，沿著該軸向方向建立熱梯度。除了片狀幾何結(jié)構(gòu)之外，元件12的結(jié)構(gòu)大體上對應(yīng)于元件5的結(jié)構(gòu)。這里，本體13在中心軸CC的方向上具有交替分節(jié)s1、s2，而每個分節(jié)s1由繞著中心軸包圍本體分節(jié)的應(yīng)力源層14限定。每個分節(jié)s2無應(yīng)力源層并且因此無應(yīng)變。同前，分節(jié)s1、s2的重復(fù)模式提供應(yīng)變變化的超晶格，從而產(chǎn)生在整個截面內(nèi)的帶隙調(diào)制和增強(qiáng)的熱電效應(yīng)。圖7示出體現(xiàn)本發(fā)明的另一片狀熱電元件。這一元件15除了應(yīng)力源層16未完全包圍平面本體17之外與圖6的元件12相同。具體而言，應(yīng)力源層16未在片的側(cè)邊緣之上延伸。然而，由于應(yīng)力源層在這一幾何結(jié)構(gòu)中跨越整個上和下表面延伸，所以仍然基本上環(huán)繞中心軸CC向每個本體分節(jié)s1施加應(yīng)力。具體而言，如在截面中所見的那樣，基本上在中心軸的所有側(cè)上向本體材料施加應(yīng)力，使得整個截面如圖中的影線所示有應(yīng)變。同樣，這一元件結(jié)構(gòu)因此提供在本體的整個截面之上的有效帶隙調(diào)制。圖8示出體現(xiàn)本發(fā)明的不同類型的熱電元件的結(jié)構(gòu)。這一元件20同樣具有由納米線21形成的延長的本體，該納米線具有基本上圓形截面并且由單個熱電材料形成。縱軸CC同樣限定如下方向，將在操作中沿著該方向建立熱梯度。同前，沿著納米線21的長度限定多對相鄰分節(jié)s1、s2。然而這里本體分節(jié)s1和s2被不同成形，垂直于中心軸CC具有不同寬度。利用這一圓形幾何結(jié)構(gòu)，分節(jié)s1和s2因此具有不同的截面直徑。在這一示例中，尺寸可以與用于以上描述的納米線元件的對應(yīng)尺寸大體上相似，受到納米線直徑的附加變化。這一變化將在給定的實(shí)現(xiàn)方式中依賴于所需應(yīng)變特性。具體而言，第一和第二本體分節(jié)s1、s2中的每個本體分節(jié)經(jīng)由在中心軸CC的方向上向本體施加的力F受到應(yīng)力。在這一示例中向納米線21的末端施加的力F在納米線的軸向方向上施加張應(yīng)力。因此，沿著納米線的長度的分節(jié)s1和s2中的每個分節(jié)由于施加的力而受到軸向應(yīng)力。在每個本體分節(jié)s1或者s2中，基本上環(huán)繞中心軸CC在軸向方向上施加應(yīng)力。同樣，因此如在截面中所見的那樣，在本體分節(jié)上的應(yīng)力基本上在中心軸的所有側(cè)上被施加至本體的材料，使得在軸的所有側(cè)上的材料受到應(yīng)變。納米線的整個截面因此有應(yīng)變。然而，引起的應(yīng)變將由于s1和s2的不同幾何結(jié)構(gòu)而在這些分節(jié)中不同。圖9a和圖9b圖示用于熱電元件25的應(yīng)變調(diào)制效應(yīng)，該熱電元件與元件20相似，但是具有基本上方形截面。圖9a示出無應(yīng)力元件，并且圖9b示出經(jīng)由施加的力F受到應(yīng)力的元件。分節(jié)s1、s2中的每個分節(jié)受到應(yīng)變，但是如圖9b中的不同影線所示在不同程度上受到應(yīng)變。在元件20、25的不同成形的分節(jié)s1、s2之間的應(yīng)變差使得在本體中形成能量勢壘。因此，分節(jié)s1和s2的不同帶隙EG1和EG2造成經(jīng)由以上描述的機(jī)制創(chuàng)建能量勢壘從而增強(qiáng)元件中的熱電效應(yīng)。同樣，由于基本上環(huán)繞中心軸CC施加應(yīng)力并且整個截面有應(yīng)變，所以在納米線的整個截面之上表現(xiàn)能帶調(diào)制并且避免備選電流路徑。同樣可以使用已知處理技術(shù)來制作用于在元件20、25中使用的成形納米線，并且如適合的那樣材料、幾何結(jié)構(gòu)變化和施加的力可以適于實(shí)現(xiàn)所需能量過濾超晶格。在示例性實(shí)現(xiàn)方式中，納米線材料可以是IV族半導(dǎo)體（諸如硅或者鍺）或者III-V半導(dǎo)體族的化合物半導(dǎo)體（諸如GaAs、InAs或者InSb）或者II-VI半導(dǎo)體族的化合物半導(dǎo)體（諸如BiTe、BiSb、PbTe等）。例如可以經(jīng)由光刻或者蝕刻實(shí)現(xiàn)圖案化納米線以獲得幾何結(jié)構(gòu)變化。將為本領(lǐng)域技術(shù)人員所清楚的是，可以通過任何方便機(jī)制和合適的技術(shù)施加為了向納米線施加應(yīng)力而施加的力F。通過熱電設(shè)備中的支撐結(jié)構(gòu)的適當(dāng)間距方便地施加力，這些支撐結(jié)構(gòu)在納米線的末端支撐它。在一些實(shí)施例中，這一間距可以被確定為給予用于給定的設(shè)備的所需力或者可以動態(tài)可調(diào)。圖9a的納米線實(shí)施例可以容易擴(kuò)展成與圖6的元件12相似的二維片狀元件。類似地，可以容易重復(fù)此類片狀元件的基本結(jié)構(gòu)以形成三維體結(jié)構(gòu)。具體而言，熱電結(jié)構(gòu)可以由在堆疊中布置的多個熱電元件形成，而其中心軸基本上彼此平行和對準(zhǔn)。圖10a是示例性熱電結(jié)構(gòu)30的示意圖示，在該熱電結(jié)構(gòu)中，多個片狀元件31以平行對準(zhǔn)布置而布置于彼此上方。元件31彼此一體地形成以產(chǎn)生一體堆疊結(jié)構(gòu)。每個片狀元件31實(shí)質(zhì)上是圖9a的一維納米線結(jié)構(gòu)的二維實(shí)現(xiàn)方式。圖10b示出由施加的力F施加應(yīng)力的結(jié)構(gòu)30，這指示與圖9b的應(yīng)變調(diào)制對應(yīng)的在元件31中的應(yīng)變調(diào)制。描述的實(shí)施例的具體優(yōu)點(diǎn)是容易調(diào)節(jié)應(yīng)變特性從而允許優(yōu)化特定操作參數(shù)。例如，理想地優(yōu)化設(shè)備以用于在具體溫度窗中操作。熱和冷貯存器的溫度規(guī)定最優(yōu)應(yīng)變特性。這些溫度可以在實(shí)際操作條件之下顯著變化，從而抑制最優(yōu)性能。然而在使用應(yīng)力源層的實(shí)施例中，可以容易地設(shè)計(jì)層以根據(jù)待運(yùn)用的具體操作溫度產(chǎn)生應(yīng)力，由此優(yōu)化效率?？梢杂煤唵畏绞剑ɡ缤ㄟ^選擇在應(yīng)力源層與熱電本體材料之間的適當(dāng)熱膨脹系數(shù)失配）來動態(tài)調(diào)整施加的應(yīng)力。例如Si和Ge在300K具有2.6x10-6K-1和5.9x10-6K-1的熱膨脹系數(shù)。在使用外力F和幾何結(jié)構(gòu)變化的實(shí)施例中，同樣容易將參數(shù)調(diào)節(jié)為實(shí)際操作溫度，例如簡單地通過變化力F。以這一方式，能量勢壘高度可以經(jīng)由應(yīng)變調(diào)整來適應(yīng)工作溫度，從而進(jìn)一步增強(qiáng)操作效率。又一優(yōu)點(diǎn)是用于應(yīng)變調(diào)制的機(jī)制還可以通過修改所得結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性來附加地增強(qiáng)操作。例如元件本體的用于產(chǎn)生應(yīng)變調(diào)制的幾何結(jié)構(gòu)變化可以造成第一和第二本體分節(jié)中的至少一個本體分節(jié)的表面被成形為逆著聲子的優(yōu)選行進(jìn)方向散射它們。這具有減少本體的導(dǎo)熱性的效應(yīng)，從而進(jìn)一步增強(qiáng)熱電操作。先前已經(jīng)針對例如具有鋸齒或者格柵狀表面結(jié)構(gòu)的不對稱成形的表面示范通過表面修改減少熱傳送。通過針對用來實(shí)現(xiàn)應(yīng)變調(diào)制的幾何結(jié)構(gòu)變化運(yùn)用此類不對稱表面構(gòu)造，本發(fā)明的實(shí)施例可以在增加塞貝克系數(shù)（熱功率）的同時方便地減少導(dǎo)熱性。備選地或者附加地，在具有涂敷的應(yīng)力源層的實(shí)施例中，應(yīng)力源層可以適于減少本體中的導(dǎo)熱性?？梢酝ㄟ^適當(dāng)選擇應(yīng)力源層以便利用聲子從本體向應(yīng)力源層中泄漏的已知現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)這一效應(yīng)。應(yīng)力源層的表面也可以被成形為促進(jìn)聲子散射。應(yīng)力源層因此可以被設(shè)計(jì)為引起導(dǎo)熱性的減少而又同時調(diào)制應(yīng)變以增強(qiáng)熱功率?？梢栽跓犭娫O(shè)備中的各種布置中使用體現(xiàn)本發(fā)明的熱電元件。圖11示出熱電元件在基本熱電轉(zhuǎn)換器（TEC）設(shè)備40中的基本布置。這一示例示出在本體6的相應(yīng)末端的電接觸41a、41b之間連接的用于輸出在操作中生成的電流的元件5。電接觸與相應(yīng)貯存器42a、42b熱接觸從而提供用于熱電操作的溫度差?？梢栽谝恍┎贾弥性谫A存器與電接觸之間提供電絕緣的熱接觸43。典型熱電設(shè)備將通常包括多個如以上描述的熱電元件，這些元件被并排布置而其中心軸基本上彼此平行和對準(zhǔn)。每個元件在它的本體的末端的電接觸之間延伸，其中給定的一對接觸可以是設(shè)備中的元件全集的所有元件或者子集共有的。例如可以如圖12中所示運(yùn)用納米線陣列45。在這一附圖中示意地示出的設(shè)備包括在金屬接觸板47之間固定的基于納米線的熱電元件46的二維陣列。（雖然理想地示出為精確平行的筆直元件46的規(guī)則陣列，但是在實(shí)踐中，不規(guī)則程度在體現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)備的制作中是固有的。個體納米線例如可以具有某一程度的彎曲并且可能不是理想筆直的相同元件。在制作工藝的限制內(nèi)以大體上平行布置對準(zhǔn)陣列形成中的納米線就足夠了）。在圖13中圖示基于多個此類納米線陣列的示例性TEC設(shè)備50的結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)基于多對納米線陣列，每對中的一個陣列使用n型半導(dǎo)體納米線而另一個使用p型半導(dǎo)體納米線。納米線陣列本身被布置于在平行陣列構(gòu)成中并且串聯(lián)電連接用于電流生成。盡管以上已經(jīng)描述示例實(shí)施例，但是可以設(shè)想許多備選實(shí)施例。例如體現(xiàn)本發(fā)明的熱電元件可以運(yùn)用應(yīng)力源層與本體形狀變化的組合以實(shí)現(xiàn)所需應(yīng)變調(diào)制。在一個具體實(shí)施例中，例如可以經(jīng)由在所有分節(jié)s1、s2之上延伸的應(yīng)力源層施加應(yīng)力而經(jīng)由在本體分節(jié)s1、s2之間的形狀差異調(diào)制應(yīng)變。一般而言，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在有應(yīng)變的任何分節(jié)s1、s2中，應(yīng)變無需必然沿著中心軸CC的方向在該分節(jié)內(nèi)恒定。本體形狀例如無需在分節(jié)之上恒定和/或應(yīng)力源層厚度可以沿著軸向方向變化。也可以設(shè)想其中在分節(jié)s1和s2上形成施加不同應(yīng)力的應(yīng)力源層的實(shí)施例。在一個分節(jié)上的應(yīng)力源層可以比在另一分節(jié)上的應(yīng)力源層更硬。此類應(yīng)力源層例如可以具有不同厚度?？梢赃\(yùn)用各種其它材料和元件幾何結(jié)構(gòu)以根據(jù)以上描述的原理經(jīng)由應(yīng)變差實(shí)現(xiàn)能量勢壘形成。盡管元件將出于實(shí)際原因而一般具有多對分節(jié)s1、s2，但是單對分節(jié)足以用于能量勢壘形成。分節(jié)s1、s2的長度可以在不同實(shí)施例中變化，但是在約1與1000nm之間并且更通常在約10與100nm之間的分節(jié)長度將是高效操作所需要的。一般而言，特征尺寸可以如希望的那樣變化，只要實(shí)現(xiàn)所需功能即可。將理解可以對描述的示例實(shí)施例進(jìn)行許多其它改變和修改而未脫離本發(fā)明的范圍。