【摘 要】
：
热电能源转换技术在解决气候剧变、能源稀缺等环境问题上起着重要作用,我国在双碳政策下对该技术的研发力度也在日益增加。热电能源转换是一种新型的能源再利用技术,具有全固态运行、无轴承传动、体积小、无污染等诸多优点,目前由于其转化效率较低而成本较高使得该项技术还无法达到应用要求。热电转化效率与材料的z T值直接相关,由于热电材料的三个参数:电导率、塞贝克系数、热导率之间存在反比耦合关系,使得热电z T值提
论文部分内容阅读
热电能源转换技术在解决气候剧变、能源稀缺等环境问题上起着重要作用,我国在双碳政策下对该技术的研发力度也在日益增加。热电能源转换是一种新型的能源再利用技术,具有全固态运行、无轴承传动、体积小、无污染等诸多优点,目前由于其转化效率较低而成本较高使得该项技术还无法达到应用要求。热电转化效率与材料的z T值直接相关,由于热电材料的三个参数:电导率、塞贝克系数、热导率之间存在反比耦合关系,使得热电z T值提升存在巨大挑战,这是导致目前转换效率较低的主要原因。PbTe是传统的中温段热电材料,工作温度常在300-900K,通过施主或受主掺杂可表现为n型或p型传导。目前p型PbTe的z T值可以达到2.6,然而n型PbTe的z T普遍处于1.5以下,最高约为1.8。n型PbTe偏低的z T值已经成为了制约其发展的瓶颈问题,因此提升n型PbTe热电性能至关重要。在热电材料体系,降低晶格热导率和优化载流子浓度都是提升热电性能行之有效的方法,本工作根据这两点优化策略,通过微结构设计和掺杂原子调控,同时改善热传输和电子传输,实现n、p型PbTe基材料热学与电学性能近独立调控,综合提升其热电性能。其中具体的研究内容和成果如下:（1）通过构建微纳结构框架及Cu、Ag共掺杂提升n型PbTe基热电性能。首先以水热法制备纯PbTe纳米晶粒,并在其表面包覆PDA抑制纳米晶高温生长,同时进行Ag掺杂。其次通过真空熔炼法制备CuxPbTe铸锭,并研磨成微米级粉末。然后将两种方法制备的样品机械混合并进行SPS烧结,即可构筑微纳结构块体材料。微米区域可保证电子传输,纳米区域可强散射声子,结合Cu、Ag动态掺杂调节整个温区的载流子浓度,实现n型PbTe热、电性能近独立调控。最终样品在300-823K的功率因子都在20μW cm-1K-2左右,并且823K的功率因子达到24μW cm-1K-2,同时晶格热导率降低至0.35 W m-1K-1@673K,接近n型PbTe晶格热导率的理论极限值。样品在823K达到最大z T值1.83,在423-823K的平均z T达到1.09。这些数值均处于n型PbTe文献报道的前列。（2）以多孔结构设计和离子自补偿改善p型PbTe基热电性能。具体为在Na掺杂的PbTe基体中加入额外的Na2S,S在高温熔融阶段会以气体形式挥发至样品之外,而在基体材料上留下大量孔洞,该孔洞结构可有效散射声子,降低晶格热导率。留下的Na+会继续补偿基体中的Pb空位,提升载流子迁移率,改善电学性能,从而实现热、电性能近独立调控。进一步改变Na掺杂含量优化载流子浓度,实现z T峰值达到2.16@783K,其中423-823K的平均z T值高达1.44。
其他文献
已成功商业化的锂离子电池具有能量密度高、寿命长、环境友好等优势,但锂资源的匮乏以及空间分布不均,极大地限制了其大规模应用。得益于钠资源丰富且成本低以及与锂离子电池相似的工作机理,钠离子电池被认为是锂离子电池的优选替代之一,并有望应用于大规模储能系统中。然而,由于钠离子比锂离子大且重,导致其在电极材料中的嵌入/脱出时的电化学反应动力学缓慢,电极的体积变化严重,循环稳定性差。因此,钠离子电池的规模化应
排水系统智能化调度是实现污水系统安全平稳运行的重要举措，尤其针对一些工程措施无法或尚未实施的区域。通过对污水主干管实现智能化调度的关键因素分析，并以华东某市污水主干管为研究案例，结合排水模型和大数据挖掘优化污水主干管系统运行，将末端污水厂旱天溢流天数降低了15%，从而优化污水干线系统运行工况。
为探究不同暴雨情景下北京市大红门排水区内涝过程演化规律，构建SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合城市暴雨内涝模型，模拟分析了大红门排水区不同重现期降雨下管网排水能力、地表淹没情况及内涝危险性。结果表明：SWMM和InfoWorks ICM-2D耦合模型在大红门排水区暴雨内涝模拟中具有较好的适用性；大红门排水区70%以上的管道排水能力不足5年一遇设计标准，随着降雨重现期增大，溢流节点和超载
近年来表面等离子材料与硅薄膜光伏器件的集成逐渐成为研究热点。通过引入具有表面等离子近场效应的金属纳米结构,可以在有限物理厚度的情况下增强硅薄膜光伏器件的光吸收能力,从而提升器件效率。而金、银贵金属等传统表面等离子材料因其电子结构与硅异质而将在与硅集成时引入电子缺陷,从而对硅薄膜光伏器件产生不利影响。因此,具有表面等离子性质且与硅同族的金属锡成为了研究者的关注对象。但金属锡的近场效应较弱,因此,将金
铸造裂纹是熔模铸造铸钢件生产过程中最常见,也是最难解决的难题之一,本文以铸造低合金钢转向架构件中的安装座为研究对象,针对熔模铸造低合金钢安装座铸件铸造裂纹率高、缺陷现象突出的难题,通过对安装座熔模铸造过程中温度场和应力场的数值模拟,结合其铸态组织和力学性能的分析,研究了熔模铸造各工艺因数对铸件裂纹影响规律,探究了安装座铸造裂纹的产生机理和影响因素,为解决类似熔模铸造合金钢铸件的裂纹缺陷提供理论依据
火力发电作为现阶段我国主要的发电方式,其中超超临界火力发电机组有着热效率高,环境污染少等优点,其安全平稳的运行是保证我国经济发展和社会和谐的重要前提。超超临界火力发电机组中的IN783阀门阀盖螺栓脆性断裂的事故偶有发生,对于机组的平稳运行存在较大威胁,分析IN783阀门阀盖螺栓在服役过程中组织与性能的演变规律,对于IN783阀门阀盖螺栓的服役具有指导意义。本文以IN783阀门阀盖螺栓为研究对象,利
目前金属软磁粉芯应用领域遇到的困难是高频损耗高。在磁粉表面包覆高电阻率、均匀致密的绝缘层是降低高频涡流损耗的主要措施。本文选用高电阻率和高温度稳定性无机Ti O2作为包覆材料,采用水解沉淀法在气雾化Fe-Si-Al磁粉表面包覆一层Ti O2包覆层,通过调控绝缘工艺参数优化Fe-Si-Al软磁粉芯的磁性能。论文系统研究了钛酸四丁酯用量、水用量、反应时间、溶液p H值和成型压强对铁硅铝磁粉芯微结构和磁
世界经济快速发展的同时,伴随着各行业之间的相互竞争。人类在面临着化石燃料日益消耗而带来的能源危机时刻,绿色新能源行业逐渐发展起来。半导体纳米纤维阵列材料具有高比表面、低密度、大的长径比等特点,使其在太阳能电池和醇类燃料电池等新技术领域具有广阔的应用前景。制备这种纳米纤维阵列材料的方法有很多,其中,脱合金方法由于工艺简单、合成成本低以及所制备出的样品杂质含量少,因此受到了越来越多的关注。然而,采用脱
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因选材多样性、较高光吸收率、低激子束缚能和高载流子迁移率等优异特性,在短短10余年发展为效率增长最快的一种光伏器件。但是在制备过程中钙钛矿薄膜晶界和界面处会富集大量缺陷,造成离子迁移、电荷积累和非辐射复合损耗,这是PSCs耐热耐湿性不足以及性能衰减快的根本原因。研究表明,通过钝化剂分子与钙钛矿薄膜缺陷的相互作用使缺陷失去化学活性是改善器件性能的有效方式之一。因此,本文基
随着信息技术和半导体工艺的快速发展,电子产品向着轻量化、小型化发展。W-Cu复合材料虽然热导率较高,但其比重较大,难以完全满足轻量化的使用要求,使其在航空、电子器件等领域的应用受到一定的限制。因此,有必要在保持W-Cu复合材料高热导率等性能的同时降低其密度。鉴于AlN陶瓷具有密度低、热导率高、热膨胀系数低、硬度高等优点,本文以AlN为复合相,分别通过压制烧结和熔渗法制备AlN/W-Cu复合材料,并