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)簡單、可靠性高、無運動組件、無噪音等獨特優(yōu)勢,可廣泛應用于工業(yè)廢熱和汽車尾氣等廢熱利用場景,可有效地提高能源的綜合利用率。然而當前熱電技術(shù)的應用受到低效率、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,對材料制備、阻擋層制備和器件組裝進行研究,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。本課題針對商用碲化鉍基熱電材料,分別通過電鍍和化學鍍的方法,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�；陔娏骱蜔崃鞣治�,確定碲化鉍基熱電器件的尺寸,設計并制備了24對碲化鉍基熱電發(fā)電器件,所制備的熱電發(fā)電器件在300-450... 

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

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

能源結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-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三大熱電基本效應實現(xiàn)了熱能和電能之間直接的能量轉(zhuǎn)化，即塞貝克（Seebeck）效應，帕爾貼（Peltier）效應和湯姆遜（Thomson）效應[1,25]。1.3.1.1塞貝克效應1821年德國科學家塞貝克第一次發(fā)現(xiàn)了固體材料中將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的現(xiàn)象，故該效應稱為塞貝克效應�；谌惪诵梢詫崿F(xiàn)熱能直接發(fā)電。將兩種導電材料首尾相連成，在其形成的閉合回路中有兩個接頭a和b，對兩接頭分別進行加熱和冷卻，兩接頭形成溫差ΔT并保持，可以在回路中測量到電勢差Vab，稱為溫差電動勢。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塞貝克系數(shù)，相對塞貝克系數(shù)可由兩種材料的絕對塞貝克系數(shù)可由公式（1-2）表示（1-2）相對塞貝克系數(shù)也會因溫差的反向，發(fā)生正負的改變從而使電勢差具有方向性。而某種材料在溫度T下的溫差電動勢率則可由公式（1-3）表示為ΔTΔT（1-3）其中S為材料在溫度T時的絕對塞貝克系數(shù)，只和材料本身性能有關(guān)，單位一般是為μV/K。p型材料的絕對塞貝克系數(shù)為正值，n型材料的絕對塞貝克系數(shù)為負值[1]。塞貝克效應的微觀物理本質(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p型半導體材料

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-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體材料[28]，屬于菱方晶系，空間群為Rm。因為其原子層間的范德華力作用力較小，故其晶體容易沿（001）面發(fā)生解理。碲化鉍熔點是585°C，是典型的低溫熱電材料。它是目前研究最早，較為成熟，且在半導體制冷方向已經(jīng)實現(xiàn)商用的材料。當熱源溫度適中時，它也是低溫熱電材料中最具前景的發(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性能和機械性能的各向異性。平行層面方向和垂直于層面方向各向異性很強。如圖1-5所示為放電等離子燒結(jié)制備的樣品，圖中長條狀樣品為測量電學性能測試樣品，片狀樣品為熱學性能測試樣品。在平行和垂直于壓力，兩方向上的樣品的電學和熱學性能差別較大。通常在平行于壓力方向上載流子遷移率較低，電學性能差，同時熱導率也較低，而在垂直于壓力方向上則高遷移率導致好的電學性能以及較高的熱導率。圖1-5SPS樣品的各向異性

【參考文獻】：
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.  無機材料學報. 2019(03)
[2]溫差發(fā)電模型的熱電性能數(shù)值計算和分析[J]. 王軍,張超震,董彥,李藝琳,趙琛.  太陽能學報. 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,柏勝強,陳立東.  無機材料學報. 2018(08)
[4]碲化鉍基熱電半導體晶體研究[J]. 李小亞,陳炎,郝峰,包曄峰,陳立東.  中國材料進展. 2017(04)
[5]多級熱電發(fā)電機特性分析與性能優(yōu)化[J]. 孟凡凱,陳林根,孫豐瑞.  熱科學與技術(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.  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.  制冷學報. 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)域的應用[J]. 黃志勇,吳知非,周世新,鄭文波.  原子能科學技術(shù). 2004(S1)



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