熱電材料是一類可以實現(xiàn)熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,主要涉及的就是材料內(nèi)部電子和聲子的輸運過程�；跓犭姴牧系臒犭娹D(zhuǎn)換技術(shù)具有簡單可靠、穩(wěn)定性高、無噪音、無污染等優(yōu)點,在功率發(fā)電、廢熱回收再利用、固態(tài)制冷等領(lǐng)域均具有潛在的應(yīng)用價值。然而,由于決定熱電性能的各電學(xué)、熱學(xué)參數(shù)之間強烈的耦合作用,導(dǎo)致高性能熱電材料的發(fā)展仍未達到預(yù)期。鑒于此,本文重點研究了Bi₂Se₃/In₂Se₃超晶格以及half-Heusler熱電材料的輸運特性,旨在優(yōu)化相關(guān)電學(xué)和熱學(xué)參數(shù),并最終實現(xiàn)熱電性能的提升。主要研究內(nèi)容如下:（1）借助分子束外延技術(shù),在氟金云母襯底上外延生長了低維熱電材料Bi₂Se₃/In₂Se₃超晶格。綜合原位高能反射電子衍射和非原位高分辨X射線的表征,證明了超晶格的周期結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)精確控制。通過調(diào)節(jié)超晶格的周期結(jié)構(gòu),觀察到了熱導(dǎo)率的一個極小值。當(dāng)周期厚度較大時,聲子表現(xiàn)為準(zhǔn)粒子的輸運模式,在異質(zhì)界面發(fā)生非相干的漫散射,導(dǎo)... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

熱電材料典型應(yīng)用的示意圖

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文該效應(yīng)，湯姆遜（后被稱為開爾文勛爵，LordKelvin）還證明了這三種效應(yīng)之間的相互聯(lián)系，見公式(1-4)和(1-5)， = (1-4) = (1-5)上述公式(1-4)和(1-5)可由非可逆熱力學(xué)嚴(yán)格推導(dǎo)出，也被稱為開爾文關(guān)系[20]。根據(jù)開爾文關(guān)系，不僅可以通過塞貝克系數(shù)來推算實驗上難以精確測量的帕爾帖系數(shù)，同時還定義了材料的絕對塞貝克系數(shù)（通過塞貝克效應(yīng)獲得的塞貝克系數(shù)為相對塞貝克系數(shù)）。因此，開爾文關(guān)系的提出對熱電學(xué)的發(fā)展起到了積極的推動作用。

S 為塞貝克系數(shù)，σ 為電導(dǎo)率，κ 為熱導(dǎo)率。由公式(1-6)可以得出，Z 的量綱為 K-1，因此在隨后的發(fā)展中，常將 Z 和材料工作時的絕對溫度 T 結(jié)合起來，也就是目前普遍使用的無量綱熱電優(yōu)值 ZT。綜上所述，熱電轉(zhuǎn)換的效率是由卡諾效率和材料本征屬性共同決定的[15]，最大發(fā)電效率 ηmax和最大制冷系數(shù)（maximum cooling coefficient of performance，一般簡寫為 COPc, max）分別見公式(1-7)和(1-8)， = 1+ 1 1+ + (1-7) , = 1+ 1+ +1(1-8)其中，ZTavg為材料在 TC到 TH這一溫度區(qū)間的平均 ZT。圖 1-3(a)和(b)分別展示了平均 ZT 和冷熱兩端的溫差對 ηmax和 COPc, max的影響。由于不同的熱電材料其工作的溫度窗口也有所差別，因此，努力優(yōu)化熱電材料的 ZT 值已經(jīng)是提高熱電轉(zhuǎn)換效率的基本共識，也是現(xiàn)如今熱電學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵所在。


本文編號：3581888