1) В основе применения наноразмерных объектов лежат два физических явления. Первое заключается в том, что особенности электронной структуры наноразмерных частиц, которые приводят к падению электропроводности, могут одновременно приводить к более значимому увеличению коэффициента Зеебека, в результате чего добротность наноразмерного термоэлеткрика возрастает в сравнении с объемным керамическим образцом. Эти особенности обусловлены тем, что в наноразмерном состоянии ширина запрещенной зоны полупроводника увеличивается, однако, одновременно увеличивается и плотность состояний вблизи уровня Ферми. Второе явление связано с возникновением большого числа границ раздела, которые эффективно рассеивают фононы, но оказывают малое влияние на транспорт носителей заряда ввиду очень малого размера частиц.
2) Создание нанокомпозита приводит к искусственному созданию границ раздела, что способствует снижению теплопроводности. Одновременно внедрение узкозонных полупроводниковых или полуметаллических наночастиц может приводить к повышению электропроводности композита, тогда как внедрение полупроводников с большой по отношению к материалу матрицы шириной запрещенной зоны приводит к резкому понижению электропроводности. Висмут, будучи металлом в объемном состоянии, приобретает полупроводниковые свойства в наноразмерном сотоянии, тогда как мышьяк имеет слишком широкую запрещенную зону, которая еще больше увеличивается в наноразмерном состоянии.
3) Твердый раствор Si1–xGex имеет структуру алмаза с неупорядоченным чередованием атомов кремния и германия. Такая неупорядоченность приводит к рассеянию фононов на чередованиях масс элементов и, тем самым, к понижению теплопроводности. Внедрение малого количества бора вызывает локальные искажения структуры, также приводящие к более эффективному рассеянию фононов.
4) Материалы для прямых преобразователей тепловой энергии солнечного света в электрическую должны работать на воздухе при температурах 700-1000 оС (фокусирование ИК части солнечного света). Оксиды элементов в высоких степенях окислении, в частности, Co2+/Co3+, обладают достаточной термической и химической устойчивостью в этих условиях. К другим неорганическим узкозонным полупроводникам, обладающим подобной устойчивостью, относятся силициды и бориды некоторых переходных металлов. Блочно-несоразмерная структура обладает большей по сравнению с соразмерной структурой неупорядоченностью, которая приводит к значительно меньшим величинам теплопроводности при сходных электропроводности и коэффициенте Зеебека.
См. также статью о термоэлектриках.
