在新能源領(lǐng)域的眾多應(yīng)用場景里,熱電材料因能將電能與熱能進行直接相互轉(zhuǎn)換的特性,具有獨一無二的優(yōu)勢。尤其是中溫區(qū)熱電材料,因其在低品位廢熱發(fā)電或自驅(qū)動電子器件供能方面有廣泛的應(yīng)用前景而備受關(guān)注。熱電材料研究的核心是提高材料的熱電優(yōu)值ZT以增加其在使用溫區(qū)范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)化效率。本論文以p型中溫區(qū)熱電材料,富GeTe的Sb₂Te₃（GeTe）_n為研究對象,重點關(guān)注載流子濃度對其輸運性能的影響問題,通過空位工程、施主摻雜或等價摻雜等手段提升其性能表現(xiàn),探索Sb₂Te₃（GeTe）_n的特征結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)聯(lián)性并研究其熱電性能優(yōu)化的物理機制。此外,本文還將Sb₂Te₃（GeTe）_n的特征結(jié)構(gòu)及其表征方法分別拓展到Sb2Te3（SnTe）n及Mn₄Si₇樣品中,并系統(tǒng)的優(yōu)化了其熱電性能。本論文獲得的主要研究成果如下:通過熔融法及放電等離子燒結(jié)法系統(tǒng)的制備了一系列不... 

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

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

澤貝克效應(yīng)示意圖

第1章緒論-3-澤貝克效應(yīng)的成因可以通過導(dǎo)體內(nèi)載流子分布隨溫度梯度差異而產(chǎn)生顯著變化來說明：當(dāng)沒有溫度梯度時，載流子在導(dǎo)體內(nèi)部均勻分布；當(dāng)存在溫度梯度時，載流子在導(dǎo)體內(nèi)部分布不均勻，即處于高溫端的載流子具有較大的動能，并向低溫端擴散聚集，這樣使得不同溫區(qū)的電中性被破壞，其中低溫端的載流子數(shù)目高于高溫端，從而建立一個電場，這個電場阻礙了載流子的進一步擴散，最后達到一個平衡態(tài)。1.1.2佩爾捷效應(yīng)1834年，法國科學(xué)家J.C.A.Peltier發(fā)現(xiàn)[26]：將一滴水置于鉍和鏑的接點上，通以正向電流，則水結(jié)成冰，通以反向電流，冰融化成水。不難發(fā)現(xiàn)，佩爾捷效應(yīng)是Seebeck效應(yīng)的逆過程，是一種將電能轉(zhuǎn)化為熱能的效應(yīng)，后來大家就將這一電制冷的效應(yīng)稱為佩爾捷效應(yīng)。如圖1-2所示，若在圖中不同金屬兩段施加相應(yīng)電壓，則在接頭處會發(fā)生吸熱（放熱）現(xiàn)象。上述現(xiàn)象可表示為：abqI(1-2)定義比例常數(shù)πab為Peltier系數(shù)，I為電流密度,q即功率，公式(1-2)表示連接處的放熱速率和吸熱速率與回路中的電流強度成正比。πab單位為WA-1，也可以用V來表示，與前述澤貝克系數(shù)一樣，也是分正負的，其規(guī)定為：假設(shè)回路中的電流方向是順時針方向，若吸熱認為是正值，相反吸熱的話為負值。圖1-2佩爾捷效應(yīng)示意圖Fig.1-2ThediagramofPeltiereffectPeltier效應(yīng)產(chǎn)生的原因是當(dāng)電流流經(jīng)接點時，由于兩邊材的料費米能級不同，電子必須克服一定的勢壘，為了維持能量和電量守恒，與環(huán)境交換能量以達到新的平衡，從而表現(xiàn)出吸熱或放熱的現(xiàn)象。

第1章緒論-5-圖1-3熱電器件能量轉(zhuǎn)換示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofenergyconversionofthermoelectricdevices在這個體系中，若不考慮器件界面處的熱阻與電阻以及材料內(nèi)的湯姆孫發(fā)熱，也不考慮材料側(cè)面散熱與其他熱輻射，那么提供給該體系的凈熱量，只能夠從高溫端向低溫端傳導(dǎo)，則易知，此熱傳導(dǎo)與佩爾捷傳導(dǎo)之和等于熱端吸收總熱與材料自身焦耳熱（電阻為R）傳遞到熱端之和，可以表示為[28-29]，2pn1()2hchITTQIR(1-7)其中κ為材料的熱導(dǎo)率，將式（1-4）導(dǎo)入可知，熱端吸收的熱量為2pnh1()-2hhcQTTIRSIT(1-8)若假定負載的電阻已知為R1，則圖1-3中回路的電流為，1()pnhcSTTIRR(1-9)則式（1-6）可進一步分解為，212hpnh=1()-2hcPIRQTTIRSIT(1-10)


本文編號：3255673