【摘 要】
：
基于Seebeck效应和Peltier效应的热电材料能够实现热能和电能的直接转换,在温差发电、固体制冷等领域具有广阔的发展空间。Zr Ni Sn及其合金具有优良的电学性能、机械性能和热稳定性,是中高温性能最好的热电材料之一。然而Zr Ni Sn材料的本征热导率较高,极大地阻碍了其热电性能的提升及实际应用。因此要想成功地实现Zr Ni Sn基热电材料的工业化应用,必须在降低其热导率上寻求新的突破。本
论文部分内容阅读
基于Seebeck效应和Peltier效应的热电材料能够实现热能和电能的直接转换,在温差发电、固体制冷等领域具有广阔的发展空间。Zr Ni Sn及其合金具有优良的电学性能、机械性能和热稳定性,是中高温性能最好的热电材料之一。然而Zr Ni Sn材料的本征热导率较高,极大地阻碍了其热电性能的提升及实际应用。因此要想成功地实现Zr Ni Sn基热电材料的工业化应用,必须在降低其热导率上寻求新的突破。本论文工作选择half-Heusler合金中热电性能突出的n型Zr Ni Sn作为研究基体,以分步多次电弧熔炼为主体工艺,合成了成分均匀的目标样品。通过Ni位固溶合金化的方法优化基体Zr Ni Sn的热电性能,主要的研究内容和结论如下:（1）通过在Ni位进行Zn掺杂,对材料热电性能各参数影响的研究表明:Zn元素取代Ni后,能够有效地提高载流子浓度、增大电导率,但同时恶化了Seebeck系数,导致功率因子的提升不明显。同时Zn取代Ni后,增强了对声子的散射作用,使晶格热导率降幅显著。最终,样品Zr Ni0.98Zn0.02Sn的ZT值达到了0.64,相对于基体的0.59,提升了约8%。（2）分析研究了ZrNiSnZnx材料的晶体结构及热电性能。结果发现,Zn原子进入Zr Ni Sn晶格后会填充到half-Heusler的4个Ni空位中,从而引入了full-Heusler相。由于其相对于half-Heusler相较宽的带隙,使得低能载流子在输运过程中受到full-Heusler与基体间的势垒阻挡,从而使Seebeck系数增加。Zr Ni Sn Zn0.02的样品在873 K时功率因子取得极大值PFmax=4.04×10-3 Wm-1K-2。此外,Zn原子的引入造成的局部晶格畸变和full-Heusler相的形成增加了对声子的散射,使得材料的晶格热导率得到持续抑制。结合电学性能与热学性能,Zr Ni Sn Zn0.02在873 K时取得ZTmax=0.79。（3）选取Ag原子在Ni位进行非等电子掺杂,以达到降低晶格热导率的同时保持良好的电性能的目的。这主要是因为Ag取代Ni后引起的质量波动和应力起伏成功降低了晶格热导率。同时作为施主杂质的Ag元素增加了载流子浓度,提升了基体的导电特性。Ag摩尔百分比0.03的样品在873 K时,ZT取得最大值0.72。Zr Ni0.96Ag0.04Sn样品取得最高的PFeng和ZTeng,分别为1.54 Wm-1K-1和0.28。
其他文献
水轮机转轮体积巨大,结构复杂,仅凭经验进行设计难以保证铸件质量,且传统的“试错法”成本过高。数值模拟技术可以模拟铸件从浇注到凝固的全过程并预测出可能发生的缺陷,方便设计人员进行改良。本课题采用Pro CAST数值模拟软件,对1000MW“白鹤滩”机组转轮下环现有的生产方案进行了充型-凝固的耦合模拟和工艺优化,探讨了大型铸件浇注系统影响产品质量的因素,进而对后续的生产形成指导作用。针对充型模拟情况,
在核电系统中,中小型核工艺管道是重要的组成部分,管-管对接焊接是核管道铺设的重要环节。目前中小型核工艺管道尺寸规格较多,且焊接环境复杂多变,现有的自动化焊接设备不能同时满足多尺寸、宽范围、焊缝填充、盖面时弧压跟踪贴合程度良好等要求。而传统的手工焊,对焊接工人技能水平要求较高,焊接质量受人为因素影响较大。因此,自主开发一套能够同时适应以上条件的且整体焊接成本较低的1-8寸工艺管道自动化焊接装备具有重
随着社会和工业的迅速发展,环境污染问题已成为人类可持续发展亟待解决的问题。在碳达峰和碳中和的背景下,半导体光催化技术因其绿色环保的优势表现出了广阔的应用前景。二氧化钛（TiO2）成本低廉、稳定性好、光活性强且无毒,是目前研究最广泛的光催化剂。随着TiO2光催化应用领域的不断拓展,其器件化是一个重要的发展方向。然而,传统方法难以满足结构复杂性二氧化钛器件的应用要求。3D打印是基于分层制造、逐层叠加的
随着我国核电行业的大力发展,核级仪表管作为核电装备中的重要元件,它的需求量越来越大,因此对于它的焊接质量和焊接效率有了更高的要求。本文根据仪表管焊接的工艺特点及其对焊接装备控制系统的要求,详细分析了仪表管的焊接现状,并提出了目前核级仪表管焊接装备在焊接过程中容易出现焊缝纹路不规则、成型质量差、焊穿等焊接缺陷的技术问题。针对这些问题,本文设计了同步脉冲焊接模式和参数分段功能应用于核级仪表管自动化焊接
为了实现我国枪械的发展目标,提升轻武器钢质零部件的耐磨损、抗腐蚀能力,提高武器擦拭的方便性,使零件表面的防护性能达到国外同类装备的先进水平,必须系统地解决枪械钢质零部件表面抗腐蚀、耐磨损的问题。研究PIP加工技术在枪械材料上的应用,将提高枪械的使用寿命,为装备可靠性、战场生存能力和环境适应性提供较大的实用参考价值。本次研究的主要内容如下:采用可控离子渗入（PIP）技术对两种轻武器常用钢25Cr2N
基于层层叠加原理的3D打印是一种非传统的加工制造技术,提供了丰富的产品设计自由度,可制备任意复杂形状和结构的制件,为制造业带来了一场深刻的变革。熔融沉积成型（Fused Deposition Molding,FDM）具有设备简单、投入低的优点,是目前最流行的3D打印技术之一。随着FDM应用逐步由打印原型向高性能化和功能化方向发展,对FDM加工所用的材料及其加工过程调控也提出了新的要求和挑战。然而,
渐进成形技术是一种快速成形方法,相较于传统成形方法具有设备简单、设计验证周期短的优点,在面对原型件、单件或小批量的零件的制造时,可快速生产制造。随着渐进成形技术的发展,成形材料由通用材料向新型轻质材料转变。钛及钛合金作为轻质高强材料,在比强度、热强度和腐蚀性能等方面表现优异,由于钛及钛合金具有较低的弹性模量和较高的屈服强度,在成形过程中极易出现回弹和开裂,这限制了其在化工、航空航天、轨道交通等领域
聚对苯二甲酸丁二醇酯（Polybutylene terephthalate,PBT）是一种重要的热塑性工程塑料之一,并具有优良的加工性、耐化学药品性以及高强度、高模量等综合力学性能,但是由于PBT分子链中富含大量的C、H、O元素,因此一经点燃便迅速燃烧且具有大量熔滴蔓延特性,对PBT进行高效阻燃改性是保证其在工程得以广泛应用的关键。无卤膨胀型阻燃剂（IFR）是一种绿色环保阻燃剂,燃烧时仅存在少量烟
由于社会的进步和国民经济的快速发展,我国城市机动车总量迅速扩大,其污染物排放量也日趋增多,已经成为城市大气污染的主要来源。除此之外,车辆尾气作为近地污染物排放源,扩散后直接进入路旁人群呼吸带,对人体健康危害程度高于高架源排放,而路旁人群密度越高,尾气污染带来的健康影响越大。因此将车辆排放扩散影响控制作为优化目标函数时,不仅要关注车辆总排放量,还应保证受排放影响的路旁人数尽量少。目前,除了改善机动车
水利发电作为一种清洁能源在国内外获得极大的关注与研究。水轮机是水电能源开发的核心机械设备,焊接是水轮机转轮制造中必不可缺的连接方式,所以水轮机转轮的焊接质量直接关系到设备的正常运转与使用寿命。国内外针对04Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢铸造工艺、热处理工艺和力学性能等方面已有一定的研究,关于该种材料焊接性能的研究却相对较少。本文旨在研究低碳马氏体不锈钢的焊接性能,设计三种焊接线能量（9 k J/c