發(fā)布時間：2021-03-25 21:32

　　最近幾年廣為研究的半赫斯勒化合物（half-Heusler）被研究者普遍認為是目前最有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的高溫熱電材料之一,原因是其具有許多優(yōu)異的性能,例如電學性能、熱穩(wěn)定性和機械性能等等。經(jīng)過這幾年研究者的大量實驗和理論研究,現(xiàn)在P型half-Heusler化合物的熱電優(yōu)值（zT）已經(jīng)達到1.5,具備了組裝成熱電器件用于應(yīng)用的條件。因此,探索制備大塊熱電材料的工藝,以及尋找到與之匹配的形成較小接觸電阻和接觸熱阻的電極材料成為當務(wù)之急。本文以NbFeSb基half-Heusler合金為研究對象,主要研究了大塊熱電材料的制備工藝和其性能衰減的原因,以及篩選合適的金屬做電極獲得較小的接觸電阻,并研究了電極結(jié)在高溫下的穩(wěn)定性。獲得如下主要結(jié)果:1)相比于小塊材料,制備大塊NbFeSb基half-Heusler熱電材料,比較重要的工藝變化是要延長熱電材料的燒結(jié)時間,以及延長燒結(jié)后的樣品的退火時間。這樣可以獲得高致密度和基本無雜相的大塊NbFeSb基half-Heusler熱電材料。但同時會引起晶粒的長大,減少晶界對聲子的散射,導(dǎo)致大塊NbFeSb基half-Heusler熱電材料在整個測試溫度區(qū)... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)塞貝克效應(yīng)和(b)帕爾貼效應(yīng)的示意圖

第一章緒論3）帕爾貼效應(yīng)帕爾貼效應(yīng)和塞貝克效應(yīng)互為逆效應(yīng)[5]。同樣，對由兩種不同的材料構(gòu)成的回路中通直流電流后，在這兩種材料的兩個接頭處會產(chǎn)生一個溫度差。這種現(xiàn)象即為帕爾貼效應(yīng)。定義帕爾貼熱是由帕爾貼效應(yīng)產(chǎn)生的熱流量。如圖1.1(b)所示，如果將一個外部電壓V加在由a、b兩種導(dǎo)電材料連接的閉合回路上，也就是說當這一回路中有一個電流I通過，接點處將會出現(xiàn)吸熱或者放熱現(xiàn)象。由帕爾貼效應(yīng)產(chǎn)生的吸熱（放熱）可以表示為：abq=I(1.4)其中，ab是兩種材料間的相對帕爾貼系數(shù)，ab=ba，其單位是WA-1，為回路中通過的電流，q為接點處的吸（放）熱速率。3）湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)是存在于均勻單一材料中的熱電轉(zhuǎn)換物理學現(xiàn)象[5]。如果直流電流在溫度分布不均勻的材料中通過時，導(dǎo)體除會產(chǎn)生一個不可逆的焦耳熱之外，還會吸收或放出一定的熱量（這部分熱量就是湯姆孫熱）。湯姆孫熱表達式如下：q=IΔT(1.5)其中，是Thomson系數(shù)，其單位是VK-1，I是材料中經(jīng)過的電流，ΔT定義為在電流方向的溫度差。當電流方向與溫度梯度方向不同，導(dǎo)體放熱，是一個負數(shù)，相反，當電流方向與溫度梯度方向相同，導(dǎo)體吸熱，是一個正數(shù)。圖1.2湯姆遜效應(yīng)示意圖Fig.1.2SketchmapforThomsoneffect4）這三種效應(yīng)之間的相互關(guān)系這三種不同效應(yīng)的三個系數(shù)Seebeck系數(shù)ab、Peltier系數(shù)ab和Thomson系

浙江大學碩士論文4數(shù)，互相之間的開爾文關(guān)系可以用兩個表達式表示，分別為：ababT=(1.6)ababddTT=(1.7)1.2熱電優(yōu)值和熱電轉(zhuǎn)換效率熱電研究人員通過利用Peltier效應(yīng)和Seebeck效應(yīng)，在熱電器件中就可以分別實現(xiàn)固態(tài)制冷以及溫差發(fā)電。熱電器件可以將熱電效應(yīng)加以應(yīng)用。如圖1.3所示就是熱電器件的基本結(jié)構(gòu)，熱電器件可以實現(xiàn)兩種應(yīng)用，一是發(fā)電，二是制冷。其結(jié)構(gòu)原理簡單說，將是把一個n型半導(dǎo)體材料和一個p型半導(dǎo)體材料連接成一個閉合回路，然后在其兩端人為制造一個溫差，它就可以產(chǎn)生電動勢；或者在這一通路內(nèi)通電流，使其產(chǎn)生放出/吸收熱量的現(xiàn)象，實現(xiàn)制冷的作用。如圖1.4所示，在實際的大規(guī)模應(yīng)用中，一般會將許多對p-n結(jié)串聯(lián)以及并聯(lián)組成一個閉合通路，最后，將器件單元通過陶瓷片等材料封裝，這樣一來，熱電器件的穩(wěn)定性就可以得到極大的保障。圖1.3熱電器件的兩種應(yīng)用：(a)熱電發(fā)電和(b)熱電制冷Fig.1.3Modelof(a)thermoelectricgeneratorand(b)thermoelectricrefrigerator.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Low contact resistivity and long-term thermal stability of Nb0.8Ti0.2FeSb/Ti thermoelectric junction[J]. Zhijie Huang,Li Yin,Chaoliang Hu,Jiajun Shen,Tiejun Zhu,Qian Zhang,Kaiyang Xia,Jiazhan Xin,Xinbing Zhao.  Journal of Materials Science & Technology. 2020(05)
[2]Electronical and thermoelectric properties of half-Heusler ZrNiPb under pressure in bulk and nanosheet structures for energy conversion[J]. Hossein Asghar Rahnamaye Aliabad,Zahra Nodehi,Behrooz Maleki,Azam Abareshi.  Rare Metals. 2019(11)
[3]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.  無機材料學報. 2019(03)



本文編號：3100362