熱電發(fā)電技術(shù),是一種可直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能的綠色環(huán)保技術(shù)�；诖思夹g(shù)的熱電發(fā)電器件擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、無(wú)運(yùn)動(dòng)組件、無(wú)噪音等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),可廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢熱和汽車尾氣等廢熱利用場(chǎng)景,可有效地提高能源的綜合利用率。然而當(dāng)前熱電技術(shù)的應(yīng)用受到低效率、高成本以及服役穩(wěn)定性差制約,因此開發(fā)高效率、低成本的熱電發(fā)電器件,以及通過(guò)工藝優(yōu)化提升熱電發(fā)電器件的服役穩(wěn)定性具有重要的意義。本課題針對(duì)適用于低溫區(qū)發(fā)電的碲化鉍基熱電器件以及適用于中溫區(qū)發(fā)電的鉛基熱電器件,對(duì)材料制備、阻擋層制備和器件組裝進(jìn)行研究,開發(fā)了高效率、高服役穩(wěn)定性的熱電發(fā)電器件,所取得的研究結(jié)果如下。本課題針對(duì)商用碲化鉍基熱電材料,分別通過(guò)電鍍和化學(xué)鍍的方法,成功在碲化鉍材料上制備了致密化金屬Ni層作為阻擋層材料,其中電鍍Ni阻擋層的厚度為1-3μm,化學(xué)鍍Ni阻擋層的厚度為20μm。然后采用Bi Sn Ag合金作為焊接材料,采用回流焊技術(shù)將鍍Ni的碲化鉍材料焊接到覆銅陶瓷板上,從而組裝制備碲化鉍基熱電發(fā)電器件。基于電流和熱流分析,確定碲化鉍基熱電器件的尺寸,設(shè)計(jì)并制備了24對(duì)碲化鉍基熱電發(fā)電器件,所制備的熱電發(fā)電器件在300-450... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

能源結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-積方法[24]制作。1.3熱電基本原理及熱電材料1.3.1熱電基本原理熱電學(xué)三大熱電基本效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了熱能和電能之間直接的能量轉(zhuǎn)化，即塞貝克（Seebeck）效應(yīng)，帕爾貼（Peltier）效應(yīng)和湯姆遜（Thomson）效應(yīng)[1,25]。1.3.1.1塞貝克效應(yīng)1821年德國(guó)科學(xué)家塞貝克第一次發(fā)現(xiàn)了固體材料中將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象，故該效應(yīng)稱為塞貝克效應(yīng)。基于塞貝克效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)熱能直接發(fā)電。將兩種導(dǎo)電材料首尾相連成，在其形成的閉合回路中有兩個(gè)接頭a和b，對(duì)兩接頭分別進(jìn)行加熱和冷卻，兩接頭形成溫差ΔT并保持，可以在回路中測(cè)量到電勢(shì)差Vab，稱為溫差電動(dòng)勢(shì)。而這種現(xiàn)象可由公式（1-1）表示T（1-1）其中Sab稱為兩種材料的相對(duì)塞貝克系數(shù)，相對(duì)塞貝克系數(shù)可由兩種材料的絕對(duì)塞貝克系數(shù)可由公式（1-2）表示（1-2）相對(duì)塞貝克系數(shù)也會(huì)因溫差的反向，發(fā)生正負(fù)的改變從而使電勢(shì)差具有方向性。而某種材料在溫度T下的溫差電動(dòng)勢(shì)率則可由公式（1-3）表示為ΔTΔT（1-3）其中S為材料在溫度T時(shí)的絕對(duì)塞貝克系數(shù)，只和材料本身性能有關(guān)，單位一般是為μV/K。p型材料的絕對(duì)塞貝克系數(shù)為正值，n型材料的絕對(duì)塞貝克系數(shù)為負(fù)值[1]。塞貝克效應(yīng)的微觀物理本質(zhì)如圖1-3塞貝克原理示意圖所示。圖1-3塞貝克原理示意圖圖1-3中展示了載流子在不同溫度環(huán)境下的分布情況。當(dāng)p型半導(dǎo)體材料

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-6-按照Te1-Bi-Te2-Bi-Te1順序排列[27]。碲化鉍的帶隙寬度約為0.15eV，是典型的窄帶隙半導(dǎo)體材料[28]，屬于菱方晶系，空間群為Rm。因?yàn)槠湓訉娱g的范德華力作用力較小，故其晶體容易沿（001）面發(fā)生解理。碲化鉍熔點(diǎn)是585°C，是典型的低溫?zé)犭姴牧�。它是目前研究最早，較為成熟，且在半導(dǎo)體制冷方向已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用的材料。當(dāng)熱源溫度適中時(shí)，它也是低溫?zé)犭姴牧现凶罹咔熬暗陌l(fā)電材料。制備的主要方法有區(qū)熔法[29]、熱壓法、放電等離子燒結(jié)（SparkPlasmaSintering，縮寫SPS）法和甩帶法[30]等。圖1-4碲化鉍的原子排列情況和能帶圖[27,28]無(wú)論樣品的制備方法是什么，材料是單晶型或是多晶型碲化鉍[31]材料，碲化鉍的層狀晶體結(jié)構(gòu)即決定了其熱電輸運(yùn)性能和機(jī)械性能的各向異性。平行層面方向和垂直于層面方向各向異性很強(qiáng)。如圖1-5所示為放電等離子燒結(jié)制備的樣品，圖中長(zhǎng)條狀樣品為測(cè)量電學(xué)性能測(cè)試樣品，片狀樣品為熱學(xué)性能測(cè)試樣品。在平行和垂直于壓力，兩方向上的樣品的電學(xué)和熱學(xué)性能差別較大。通常在平行于壓力方向上載流子遷移率較低，電學(xué)性能差，同時(shí)熱導(dǎo)率也較低，而在垂直于壓力方向上則高遷移率導(dǎo)致好的電學(xué)性能以及較高的熱導(dǎo)率。圖1-5SPS樣品的各向異性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱電器件的界面和界面材料[J]. 胡曉凱,張雙猛,趙府,劉勇,劉瑋書.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2019(03)
[2]溫差發(fā)電模型的熱電性能數(shù)值計(jì)算和分析[J]. 王軍,張超震,董彥,李藝琳,趙琛.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2019(01)
[3]方鈷礦熱電材料/Ti88Al12界面穩(wěn)定性研究[J]. 張騏昊,廖錦城,唐云山,顧明,劉睿恒,柏勝?gòu)?qiáng),陳立東.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2018(08)
[4]碲化鉍基熱電半導(dǎo)體晶體研究[J]. 李小亞,陳炎,郝峰,包曄峰,陳立東.  中國(guó)材料進(jìn)展. 2017(04)
[5]多級(jí)熱電發(fā)電機(jī)特性分析與性能優(yōu)化[J]. 孟凡凱,陳林根,孫豐瑞.  熱科學(xué)與技術(shù). 2010(04)
[6]n型PbTe單體的一體化工藝研究[J]. 龍春泉,閻勇,張建中,任保國(guó).  電源技術(shù). 2008(05)
[7]微型熱電制冷器制造技術(shù)及其性能[J]. 王小群,徐俊.  制冷學(xué)報(bào). 2007(06)
[8]可持續(xù)發(fā)展模式下的資源產(chǎn)業(yè)制度變遷[J]. 馬征.  商場(chǎng)現(xiàn)代化. 2006(06)
[9]溫差發(fā)電器及其在航天與核電領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 黃志勇,吳知非,周世新,鄭文波.  原子能科學(xué)技術(shù). 2004(S1)



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