热电材料研究新进展

<正>基于半导体材料的塞贝克效应或帕尔贴效应可实现热能与电能直接相互转换,包括热电制冷和热电发电两种应用形式。热电制冷器件具有结构紧凑、无噪声、无磨损、无泄漏等特点,已广泛应用于局部冷却或温度控制;热电发电器件可为无人区信号发射装置、深空探测器、植入式医疗器械等提供电源,更重要的是可以作为一种实现余热能量回收、降低能源消耗的新型发     

热电材料研究进展

在介绍热电材料制冷工作原理,分析热电材料优值系数的基础上,介绍了300K以下热电材料的研究进展,以及热电材料制冷特点、现状和应用前景．     

利用真空变温薄膜电阻实验仪测量热电材料特性参数

利用北京交通大学理学院自主开发的VTR10型真空变温薄膜电阻实验仪对热电材料的热电阻率进行了多次测量,并用该装置精确测定了热电材料的塞贝克系数,得到了热电材料的电阻率随温度变化的曲线和塞贝克系数随温度变化的曲线.     

热电材料研究进展

在介绍热电材料制冷工作原理，分析热电材料优值系数的基础上，介绍了300K以下热电材料的研究进展，分析了热电材料的制冷特点、现状和应用前景．     

热电材料室温下塞贝克系数测试装置的研制

提出一种测试热电材料室温下塞贝克系数的有效方法并搭建了其测试装置。该测试装置通过电路控制获得标准温差实现塞贝克系数的精确测量,其特点是利用电路控温取代传统的恒温循环水和温度测试仪表控温系统,结构简单、操作方便、成本低廉。     

并联模型研究双层热电薄膜热电性能

目前,热电双层膜的电输运性能测量及预测一般采用并联模型理论,然而并联模型使用条件缺乏理论和实验的支持和验证.本文借助于COMSOL Multiphysics软件采用有限元理论模拟得到了Cu/Si, Ag/Si双层膜在施加温度差下的塞贝克系数,并与并联模型进行比较.研究双层膜两端是否镀金属Pt层、双层膜之间插入高阻/低阻/绝缘界面对双层膜的塞贝克系数测量结果的影响.研究发现,当冷热端无Pt时,高阻和电绝缘界面时Si和Cu两侧电势分别沿温度梯度方向均匀分布,测得其塞贝克系数分别与材料本身的值相同,低阻界面时Cu侧热电势随着探针间距L均匀变化, Si侧呈现非均匀变化.有Pt时, Cu和Si侧的热电势沿着温度梯度的方向分布均匀,无论在绝缘/高阻/低阻界面中, Si和Cu两侧测量值均与Cu塞贝克系数相同.实验研究了Si/Ag和Bi/Ag双层膜,无Pt时, Si/Ag双层膜Si侧的塞贝克系数的绝对值随着温度的降低而降低,但是Ag侧塞贝克系数的绝对值随着温度的降低而升高.有Pt时, Bi/Ag双层膜两侧的塞贝克系数相同.     

基于梯度翅片换热器的热电发电系统性能研究

本文建立了热电发电系统(TEG)多物理场数值模型,并充分考虑换热器流体影响,综合研究了具有不同热侧换热器翅片结构的TEG系统性能。在雷诺数为1000~10000范围内,分析了流体沿程温度分布特征、泵功及热电发电模块的能量转换特性.所研究的三种翅片结构包括:全流道等高度直翅片(Fin-1)、下游强化梯度翅片(Fin-2)以及上游强化梯度翅片(Fin-3).研究表明,通道长高比及热电材料覆盖率一定,热电发电功率及转换效率随流量呈二次曲线变化关系,存在最匹配流量使得系统发电性能最佳。等高度直翅片对流量的变化敏感,随流量增大,则压损增大,导致系统净输出功率及发电效率无收益.而梯度翅片可以在更大范围内产生正收益;下游强化梯度翅片具有最佳的流体沿程温度均匀性,但沿程局部热阻却最大.综合考虑沿程局部热阻分布及泵功消耗,上游强化梯度翅片TEG系统净转换效率最高,因此局部热阻分布及泵功综合因素应为TEG内的换热器合理设计的关键。     

用四探针平台测量热电材料塞贝克系数的实验探索

热电材料能实现电能和热能之间的相互转化,具有清洁无污染等特点,在未来能源中具有越来越重要的地位。塞贝克系数是指热电材料上存在温度差异时引起的电势差与温差的比值,是热电材料热电特性衡量的主要参数之一。本文使用四探针平台配合珀尔贴片、热像仪、数字电压表等设备搭建了塞贝克系数的测量装置。此装置不仅结构简单,测量较为准确,并可以配合精密恒流源与直流数字电压表直接测出热电材料的电导率。为本科生设计大学物理实验项目时,可以应用本文提供的测试方法结合薄膜制备手段组成热电薄膜制备与表征的一系列实验。     

机器学习在热电材料领域的应用

在追求可持续发展的未来,热电材料是不可或缺的.它在全固态发电和制冷方面具有十分广泛的应用前景.在过去的几十年间,人们一直致力于寻找新型高性能热电材料.然而,传统的实验试错法效率较低,限制了新材料的研究步伐.机器学习作为一种具有强大数据分析能力的方法,近年来已越来越多地应用于热电材料的研究.这篇综述总结了热电材料研究领域常用的机器学习方法,系统地介绍了它们在材料结构、电子和热电输运等性质上的应用案例和相关研究进展,并对该领域的发展前景进行了展望.     

温差发电———种新型绿色的能源技术

本文以应用举例介绍了温差发电的原理 ,对这一领域国际发展状况进行了简要的综述和评论     

新的高功能热电制冷材料——CsBi4Te6

热电效应制冷具有体积小、无运动部件和操作方便等优点，与注重环保和节能的国际趋势相适应，有关研究受到了世界各国的高度重视. 在亚室温区(200—300K)实现制冷与我们生活的关系最为密切.不幸的是，该温区的热电制冷材料，其性能在过去的30年中一直没有得到优化发展.通常，用无量纲组合参数ZT来衡量热电材料性能的优劣，其中T是绝对温度，Z=(α2σ)/(κ)，α是Seebeck系数(单位V/K)，σ是电导率(单位1/Ω*m)，κ是热导率(单位W/m*K).     

热电材料研究中的基础物理问题

热电转换技术主要包括利用半导体材料的泽贝克（Seebeck）效应将热能直接转化成电能和利用佩尔捷（Peltier）效应直接将电能转化成热能.文章简单回顾了热电转换材料中的物理效应及相关研究进展,重点介绍了常规热电材料（即窄带半导体）中的一些基本物理问题,其中包括一个好的热电材料应该具有的特性,以及提高半导体材料的电导率和泽贝克系数,降低热导率的物理机制和方法.文章还介绍了近年来电子晶体-声子玻璃类材料以及低维热电材料等热点问题的研究进展.最后还简单讨论了非常规热电材料的研究现状与趋势.     

简单晶体结构的硒化锡单晶中实现高热电性能

自从发现热电直接转换中的泽贝克效应(Seebeck effect,又称温差电效应,1821 年)、佩尔捷效应(Peltier effect, 1833 年) 和汤姆孙效应(Thomson effect,1855年),人们逐渐意识到了热电转换技术在量热、发电和制冷等方面的应用。近几十年来,随着全球能源短缺与环境恶化问题日益突出,可再生能源的利用受到广泛关注。具有小尺寸、高可靠性、无传动部件、无噪音、无污染等优点的热电转换技术成为材料科学研究热点之一。     

硒化亚铜薄膜热电性能研究进展

热电材料可以实现热能和电能的相互转换,它是一种环境友好的功能性材料.当前,热电材料的热电转换效率低,这严重制约了热电器件的大规模应用,因此寻找更加优异热电性能的新材料或提高传统热电材料的热电性能成为热电研究的主题.与块状材料相比,薄膜具有二维的宏观性质和一维的纳米结构特性,方便研究材料的物理机制与性能的关系,还适用于制备可穿戴电子设备.本文总结了Cu₂Se薄膜5种不同的制备方法,包括电化学沉积、热蒸发、旋涂、溅射以及脉冲激光沉积.另外,结合典型事例,总结了薄膜的表征手段,并从Cu₂Se的电导率、塞贝克系数和热导率等参数出发,讨论了各个参数对热电性能的影响机制.最后介绍了Cu₂Se薄膜热电的热门应用方向.     

简单晶体结构的硒化锡单晶中实现高热电性能

<正>自从发现热电直接转换中的泽贝克效应(Seebeck effect,又称温差电效应,1821年)、佩尔捷效应(Peltier effect,1833年)和汤姆孙效应(Thomson effect,1855年),人们逐渐意识到了热电转换技术在量热、发电和制冷等方面的应用。近几十年来,随着全球能源短缺与环境恶化问题日益突出,可再生能源的利用受到广泛关注。具有小尺寸、高可靠性、无传动部件、无噪音、无污染等优点的热电转换技术成为材料科学研究热点之一。     

温差发电—一种新型绿色的能源技术

本文以应用举例介绍了温差发电的原理,对这一领域国际发展状况进行了简要的综述和评论。     

空间堆碱金属热电转换系统性能分析与优化

随着深空探测的不断发展,作为最具发展潜力的动力能源之一,空间核动力系统的研究引起国内外学者广泛关注。空间核反应堆电源包含静态和动态转换两种方式,而在静态热电转换方式中,碱金属热电转换技术具有高效率、高功率密度和高比功率等优点,但其实际效率远低于理论水平,提高其效率等性能具有重要意义。本文采用碱金属热电转换系统的电特性模型和效率模型,探究BASE厚度、电流密度、高温区温度以及低温区温度对其效率和功率密度等性能的影响。在此基础上,以效率为优化目标,选取合适参数以获得较好的性能。     

块体热电材料的研究进展

文章重点介绍了现役热电材料（Bi2Te3,PbTe,SiGe）、常见结构类型（方钴矿型,笼合物型,Half-Heusler合金型,钠钴氧型和Zn4Sb3型）热电材料及新颖晶体结构类型的热电材料的晶体结构、热电性能、热电性能优化等方面的最新研究进展.     

Bi2Te3 合金低温热电性能及冷能发电研究

利用机械合金化和冷压烧结法制备得到n型和p型Bi₂Te₃基热电材料,在80—300 K温度范围测量了电导率、Seebeck系数,结果表明其具有良好的低温热电性能.采用Bi₂Te₃基热电材料制备出半导体热电器件,并配合附属设备搭建出一套半导体温差发电装置.利用液氮汽化时释放的冷能,对半导体热电器件的发电性能进行实验研究,得出这种半导体热电器件输出电压、输出功率与电流关系式,测得最大的输出功率达到1.33 W,从而证明了冷     

热力学理论演示装置的设计

本文设计了一种以半导体热电隅为主要元件的装置,用此装置即可演示验证热机理论,也可演示验证热泵理论。