热电性能

摘要： 制备一维多壁碳纳米管(MWCNTs)增强丁基橡胶(IIR)/聚丙烯(PP)动态硫化热塑性弹性体(TPV)复合材料,研究IIR/PP用量比(简称橡塑比)对复合材料相态结构、介电性能、导热性能和物理性能的影响。结果表明:复合材料呈现“海-岛”相结构,IIR相以微米级交联颗粒分散在PP相中;MWCNTs主要分散在PP中,随着橡塑比的增大,MWCNTs有少量团聚现象;随着橡塑比的增大,复合材料的交流电导率、介电常数和热导率增大,且橡塑比大于6/4时增速减小;随着橡塑比的减小,复合材料的拉伸强度先增大后减小;当橡塑比为5.5/4.5时,复合材料的物理性能较好。

摘要： 柔性热电器件能够满足复杂环境的热量收集和转化需求,是目前研究的重要方向之一。但受制于材料电/声输运性能的强关联作用,柔性热电器件的能量转化效率仍然较低。以聚酰亚胺为柔性衬底,采用磁控溅射的方式制备Bi_(2)Te_(3)柔性热电薄膜,并通过退火对薄膜表面进行改性。结果表明,高温退火能够诱导Bi_(2)Te_(3)薄膜表面产生多孔化结构,且孔隙密度和尺寸可通过退火工艺调控;多孔结构对薄膜的电/声输运性能具有协同优化作用,薄膜热导率较退火前降低约50%,Bi_(2)Te_(3)柔性薄膜的热电优值显著提升。

摘要： 船舶柴油机具有能耗高,热效率低的特点,对尾气余热回收装置进行热分析和结构优化设计能有效提高余热回收效率。对基于温差发电的船舶柴油机余热回收装置进行热分析,提出余热回收装置的优化规律。选取工程中热电模块材质、船舶柴油机常见工况作为仿真物性,用热电模块冷热端温度差作为热电转换效率的指标。在船舶柴油机常见的温度和速度工况范围内,温度变化对装置的余热回收量的影响更大。对于余热回收装置,导热介质层的厚度设计需要考虑余热传导效率和热电模块的耐受温度;从分布均匀性角度出发,提出了中间放置和均匀放置两种热电模块组的排列方式,而前者比后者的平均温度高了15 K,且工作温度更均匀;对强化冷却的翅片散热器的翅片高度、翅片间距和翅片单元数量进行分析,在本文研究工况下,翅片间距为翅片厚度三倍为最优设计。

摘要： 温差发电是一种能将废热能转换为电能的新型技术,为提升其热电转换效率,研究了热端温度均匀性对温差发电装置性能的影响。首先设计了一套基于多孔集热板的温差发电装置,其次通过试验测试分析不同热端载荷分布及不同热端温度对回路电流、负载电压和输出功率等热电参数的影响,最后建立了传热和热电转换仿真模型作为对比。结果表明,试验和仿真结果的整体变化规律保持一致,多孔集热板优化的温差发电装置能有效提高热端温度均匀性,其回路电流、负载电压和输出功率均优于普通集热板,其输出功率平均提升24.40%。可见,在相同的工作环境下,提高温差发电模块的热端温度均匀性能有效地提高其总体输出功率。本研究结果可为温差发电装置热电转换效率的提升提供参考。

摘要： 在热电研究领域,GeSe是一种二维层状结构具有较大带隙的半导体,本征载流子浓度低,热电性能差.在本工作中,采用熔融淬火结合放电等离子活化烧结工艺制备了一系列的GeSe^(1–x)Te_(x)(x=0,0.05,0.15,0.25,0.35,0.45)多晶样品,研究了Te含量对GeSe化合物物相结构和热电输运性能的影响规律.结果表明:随着Te含量的增加,GeSe的晶体结构逐渐由正交相向菱方相转变,使得材料的带隙降低,载流子浓度和迁移率同步增加;同时,晶体对称性的提高增加了化合物的能带简并度,有效提高了载流子有效质量.在这些因素的共同作用下,菱方相GeSe的功率因子比正交相GeSe提高约2—3个数量级.此外,菱方相GeSe具有丰富的阳离子空位缺陷以及铁电特性所导致的声子软化现象,这导致其晶格热导率比正交相GeSe降低近60%.当Te含量为0.45时,样品在573 K取得最大热电优值ZT为0.75,是本征GeSe样品的19倍.晶体结构工程是提升GeSe化合物热电性能的有效途径.

摘要： 硅锗热电器件是利用塞贝克效应将热能直接转化为电能的换能部件,使用温度高,综合性能优异,被应用于深空探测核电源中。然而,硅锗热电材料的批量生产和性能统计分布规律未见报道。本文研究了硅锗热电材料性能的各向异性。并对不同批次热电材料性能进行了测试,总结分析了62个P型硅锗与57个N型硅锗样品的电阻率、塞贝克系数、功率因子,研究了小批量生产硅锗热电材料性能分布。并且使用COMSOL有限元分析软件对硅锗热电元件与器件进行仿真分析,研究了电极电阻、电偶臂与电极尺寸对硅锗热电元件性能的影响;研究了电偶臂性能差异性对硅锗热电器件的影响,计算了绝热和辐射传热条件下硅锗热电器件的输出特性。

摘要： 为提高Bi_(2)Te_(3)薄膜的热电性能,采用磁控溅射技术在旋涂有氧化石墨烯(GO)缓冲层的玻璃衬底上共溅制备的Mo掺杂的n型Bi_(2)Te_(3)薄膜.通过对其形貌、组成及热电特性的表征,研究了(00 l)择优取向的不同Mo溅射功率(P=0,15,25,35,45 W)对Bi_(2)Te_(3)的热电性能的影响.结果表明:GO缓冲层的存在可以实现高度取向(00 l)的Bi_(2)Te_(3)薄膜制备,室温下薄膜迁移率为48 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1);Mo掺杂有效提高了Bi_(2)Te_(3)薄膜的载流子浓度,使得P_(Mo)=25 W时的Bi_(2)Te_(3)薄膜在室温下最大电导率为944S·cm^(-1),其在400 K时最大功率因子达到2074.6μW·m^(-1)·K^(-2).表明氧化石墨烯诱导高织构Mo掺杂可以优化n型Bi_(2)Te_(3)薄膜的热电性能.

摘要： 本文使用静态扩散法结合常规X射线粉末衍射和电子探针技术,在Ag-In-Se体系中发现了Ag_(y)In_(3.33-y/3)Se_(5)新化合物.其结构属于三方晶系,空间群为P3m1,是二维层状结构,单层晶胞由9个原子量子层按照Se1-In1-Se2-In2-Se3-Ag/In3-Se4-In4-Se5顺序排布构成,层间由弱范德瓦耳斯力结合.烧结的块体样品表现出强烈的取向性,在平行压力方向上具有极低的晶格热导率(在873 K为0.15 W·m^(-1)·K^(-1)).这种本征低的晶格热导率主要源于材料的低声速和低频光学支声子与声学支声子强耦合作用.Ag_(y)In_(3.33-y/3)Se_(5)样品表现为n型传导,室温下电导率约为4×10^(4)S·m^(-1),Seebeck系数约为-80μV·K^(-1),样品在宽温度范围内均表现出较好的电传输性能,在450—800 K范围内的功率因子为5μW·cm^(-1)·K^(-2)左右.由于在平行压力方向上低的晶格热导率,最终Ag_(0.407)In_(3.198)Se_(5)样品在873 K达到最大热电优值ZT为1.01,在300—850 K的平均ZT为0.45.该化合物的发现,扩充了铜属硫基化合物体系的n型材料,为铜属硫基化合物体系的应用奠定了重要基础.

摘要： 向粉碎法制备的Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_(3)+5%Te(质量分数)合金粉体中混入不同体积分数的SiC颗粒,利用放电等离子体烧结法制备SiC复合块体材料,探究块体材料组织和热电性能的变化规律。研究发现:随着SiC体积分数的增加,块体材料的取向性弱化,组织细化,载流子浓度增加,迁移率降低;由于取向性弱化及组织细化,加强了声子散射,降低了晶格热导率。由于SiC复合块体材料的电学性能恶化,块体材料的无量纲热电优值(ZT)并未获得显著的提升;当SiC体积分数为0.40%时,SiC复合块体材料在322 K时具有最优的无量纲热电优值(ZT=~0.81)。

摘要： 近年来,热电材料引起了越来越多的关注,尤其有机热电材料发展非常迅速。有机半导体具有质轻、成本低廉、柔性好、结构易裁剪和本征热导低等特点,在低温微温差发电与制冷等方面具有独特优势,在热电材料领域具有极大的发展前景。其中,p型有机热电材料的研究已取得了很大进展,其最高电导率超过1000 S/cm,热电性能接近无机材料的水平;相比之下,n型有机热电材料的发展则较缓慢,尤其电导率还有待进一步提高。提高n型有机热电材料性能的途径主要是通过分子骨架设计和侧链修饰来调控电导率、热导率和Seebeck系数,再引入掺杂剂掺杂改性,更进一步地提高材料热电性能。有机固相主要为非晶态,且分子间相互作用比较复杂,阻碍了掺杂机理的研究,导致掺杂改性研究发展缓慢。但最近涌现了不少文献成果,掺杂机理逐渐明晰,相关理论体系也越来越完整。本文综述了近年来掺杂改性n型有机热电材料的研究进展,探讨当前存在的问题,并展望该领域的发展方向。

摘要： 采用溶胶凝胶及冷压方法,通过在Ca3Co4O9-δ体系中引入不同量的Ag+、Sr2+或Yb3+离子来调控体系的热电性能,成功制备了可在300～870K下稳定存在且热电性能优良的陶瓷材料Ca3-x-yAgxSryCo4O9-δ、Ca3-x-zAgxYbzCo4O9-δ、Ca3-y-zSryYbzCo4O9-δ(x,y,z=0.1,0.15,0.2).通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对产物进行了测试.结果显示,所制备的样品纯度较高,晶粒均匀,晶粒间较致密,适量的Ag+、Sr2+、Yb3+离子取代Ca2+离子固溶到晶体中使制备的双掺杂材料晶胞体积发生了变化,但并未引起晶体对称结构的变化.电阻率和Seebeck系数的结果说明双掺杂优化了载流子的浓度,使电阻率不断减小,使Seebeck系数的值不断增大.经过计算可知Seebeck系数的增大随电子有效质量的增大而升高.热导率结果分析可知,双掺杂的热导率随着掺杂元素的不同而减小.计算结果显示,声子热导依然在所制备的体系中占据主体贡献,这与Ca3Co4O9-δ单掺杂Ag+、Sr2+或Yb3+的结果吻合.随着温度的升高,双掺杂样品Ca2.7Ag0.2Yb0.1Co4O9-δ在870K下ZT值达到最大为0.18.

摘要： 热电材料是一类可在固体状态下几乎不需要活动部件就可以实现热能与电能相互转换的功能材料.此外,由于热电发电和制冷系统具有体积小、结构简单、无噪音、安全可靠等优点,使其在发电及制冷领域具有广阔的应用前景.Ag掺杂的Ca3Co4O9在高温下(＞873K)ZT值约为1.2-2.7,因而具有潜在的应用前景.先采用溶胶-凝胶法制备Ca3Co4O9前驱粉体。然后压片并在不同外加磁场于870°C烧结2h。对其XRD及热电性能等进行测试表征。

摘要： 针对目前市售以区熔工艺制备的碲铋基热电材料,机械加工性能差,取向性高,损耗高等问题,拟采用适合规模生产粉末冶金工艺取代目前的工艺.本文以Bi2Te2.7Se0.3为基础配比,99.99％的高纯碲、铋、硒为原料,采用真空熔炼进行合金化、无氧环境中机械粉碎,然后精密筛分制粉,最后在独创热压装置上快速热压,制备出块体n型碲化铋基热电材料.采用粒度分析仪、扫描电镜、氧氮分析仪对烧结前粉料的粒度和氧含量进行了测定,用X射线衍射仪对材料的物相结构进行了表征,并测试其抗弯强度.不同方向热电性能测试结果显示,材料的塞贝克系数和ZT值基本相同,但电阻率和热导率有不同程度的取向,与市售区熔热电材料相比取向度明显降低,最终块体样品的相对密度高达99％,抗压强度达到87MPa且最高ZT值约为0.7.该热压烧结工艺的生产设备简单可靠、生产成本低、工作效率高,适合产业化.

摘要： β-Cu2Se具有复杂的晶体结构及低的热导率,是潜在的性能优良的热电材料.本文利用真空熔炼及SPS烧结制备了(Cu2Se)1-x(SnSe)x(x=0,0.01,0.03,0.05,0.07及0.10)系列样品.X射线粉末衍射分析表明少量SnSe固溶在β-Cu2Se结构中,其余则以SnSe第二相的形式存在.固溶的Sn及SnSe第二相提升了材料的的功率因子,并降低了材料的晶格热导率.实验结果表明,适量的SnSe的添加是提高β-Cu2Se热电性能的有效途径.(Cu2Se)0.97(SnSe)0.03样品在823K时ZT值达到1.41,相比未掺杂样品,性能提升约20％.

摘要： 以自制的萘系中间相沥青为原料,通过控制熔融纺丝及热处理工艺,制备中间相沥青基炭纤维连续长丝,测试分析了炭纤维的微观结构,力学性能和热电性能.结果表明,纺丝温度影响纤维的微观结构形貌,喷丝板温度的均匀性是决定炭纤维原丝质量的关键因素之一.随着热处理温度的提高,炭纤维力学性能增大,室温轴向电阻率显著减小.当石墨化温度为2800°C时,纤维的拉伸强度和杨氏模量分别为2.2GPa和590GPa,由纤维电阻率计算出的热导率达到860W/m·K.

摘要： 文章采用粉末冶金工艺制备出普通钨铼合金丝和添加稀土元素的钨铼合金丝材,通过电势稳定性测试、热重分析等方法对比了添加稀土元素对合金丝抗氧化性能的作用.试验表明,适量添加稀土元素镧,不会显著影响热电偶的热电性能,对丝材氧化反应有一定的抑制作用.

摘要： 122相Zintl化合物AT2Sb2 (A=Ca, Sr, Ba, Eu, Yb;T=Zn, Sb)是一类高效P型热电材料.它有两种晶体结构类型:以BaZn2Sb2为代表的正交相(图1(a),空间群Pnma)和以SrZn2sb2为代表的三方相.在BaZn2sb2的晶体结构中,Zn原子和Sb原子以共价键形式形成一个很大的网格通道,Ba原子位于网格通道中,与Zn-Sb框架以离子键结合.而在SrZn2Sb2中每个Zn原子与4个Sb原子成键,形成一个不规则的Sb四面体,这些Sb四面体共棱连接形成Zn-Sb层状结构,层与层之间嵌入Sr离子层,与Zn-Sb层以离子键形式结合.研究发现未经优化的gaZn2sb2在675K时可达0.3以上,是优良的热电化合物,但对其电热输运性能调控的研究目前开展较少.本文拟在BaZn2sb2中使用Sr取代Ba研究其对结构和热电相关参数的影响.由于BaZn2Sb2和SrZn2Sb2的晶体结构不同,根据相图可知随着Sr掺杂含量的提高,体系会由单一的正交相逐渐转变为单一的三方相。

摘要： 本文采用高温熔炼的方式,经过放电等离子烧结(SPS)制备了Na0.02BaxPb1-xTe0.5Se0.5系列样品.Na掺杂抑制了BaxPb1-xTe0.5Se0.5体系随着温度升高发生的p型向n型的转变,调节了载流子浓度.Ba掺杂提高了材料的Seebeck系数,降低了热导率,同时提升了材料的功率因子,使得Na0.02(Ba0.06Pb0.94)0.98Te0.5Se0.5在723K时热电优值取得最大值1.17.

摘要： 采用薄膜沉积工艺在镍基高温合金表面制备In2O3/ITO薄膜热电偶,薄膜热电偶由NiCrAlY过渡层、热生长Al2O3层、Al2O3绝缘层、In2O3/ITO功能层和Al2O3保护层构成.对样品在300-1000°C温度范围内进行四次静态标定.结果表明,In2O3/ITO薄膜热电偶具有较大的赛贝克系数,并且赛贝克系数随着薄膜热电偶冷热端温差的增大先增大再减小.经过一次标定循环后,In2O3/ITO薄膜热电偶的热电势输出曲线的重复性和线性度较好.样品在300-1000°C的热循环中可稳定存在至少28小时.对样品第四次的标定结果进行三次多项式拟合,拟合结果表明,In2O3/ITO薄膜热电偶的平均赛贝克系数为123.55μV/°C,最大测温误差为1.13％,最小为0.04％.

摘要： 采用薄膜沉积工艺在镍基高温合金表面制备In2O3/ITO薄膜热电偶,薄膜热电偶由NiCrAlY过渡层、热生长Al2O3层、Al2O3绝缘层、In2O3/ITO功能层和Al2O3保护层构成.对样品在300-1000°C温度范围内进行四次静态标定.结果表明,In2O3/ITO薄膜热电偶具有较大的赛贝克系数,并且赛贝克系数随着薄膜热电偶冷热端温差的增大先增大再减小.经过一次标定循环后,In2O3/ITO薄膜热电偶的热电势输出曲线的重复性和线性度较好.样品在300-1000°C的热循环中可稳定存在至少28小时.对样品第四次的标定结果进行三次多项式拟合,拟合结果表明,In2O3/ITO薄膜热电偶的平均赛贝克系数为123.55μV/°C,最大测温误差为1.13％,最小为0.04％.

摘要： 一种协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法，它涉及提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。本发明要解决现有引入纳米粒子形成的纳米复合材料，采用通常的机械混合的方式很难将其均匀分开的问题。制备方法：一、按照化学通式称取Yb块、Co块、Sb颗粒和Si片并混合均匀；二、将混合物在一定温度下熔融，冷却后得到铸锭；三、将铸锭置于底部设有孔的石英管内，然后放入甩带机中，加热铸锭直至熔融，将其喷注在铜辊上，得到薄带；四、将薄带研磨成细粉，将细粉至于石墨模具中，在一定温度及压力下烧结，得到纳米复合热电材料。本发明适用于协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。

摘要： 本发明提供一种制备优良热电性能合金的方法及优良热电性能合金，本发明涉及合金为Cu‑Ni合金，其制备包括以下步骤：将原料(Cu、Ni和Mn)升温至1300～1350°C后保温，待降温至1250～1280°C浇注到铸模中；将材料置于氩气保护的箱式热处理炉中，900～950°C下保温；用铣床铣光材料表面氧化膜、夹杂后，在800～850°C下保温后热轧；材料900～950°C下保温后淬火；将材料表面包裹一层铜皮，在液氮中浸泡；进行低温轧制；将低温轧制得到的板材在400～500°C下时效1～2h得到优良热电性能Cu‑Ni合金。该方法生产周期短，能实现大规模生产，并获得了热电性能和机械性能优秀的热电材料Cu‑Ni合金。

摘要： 本发明提供了一种热电性能测量样品台及热电性能测量装置，该样品台包括样品座和样品杆，所述样品座包括基座、样品座连接端、绝缘垫板、样品垫块和温度梯度加热模块，所述样品座通过样品座连接端与样品杆连接，所述基座中部设有第一通孔，所述绝缘垫板上设有与所述第一通孔对应的第二通孔，所述基座下方连接有样品温度计模块，所述样品温度计模块包括热电偶和调节模块，所述调节模块与所述热电偶配合，使所述热电偶测温端穿过所述第一通孔和第二通孔直接与样品条接触。该样品台适合不同长度的块材和薄膜样品的快速安装和测量，能够大大节省制样时间，有利于热电材料的大规模筛选。

摘要： 一种协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法，它涉及提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。本发明要解决现有引入纳米粒子形成的纳米复合材料，采用通常的机械混合的方式很难将其均匀分开的问题。制备方法：一、按照化学通式称取Yb块、Co块、Sb颗粒和Si片并混合均匀；二、将混合物在一定温度下熔融，冷却后得到铸锭；三、将铸锭置于底部设有孔的石英管内，然后放入甩带机中，加热铸锭直至熔融，将其喷注在铜辊上，得到薄带；四、将薄带研磨成细粉，将细粉至于石墨模具中，在一定温度及压力下烧结，得到纳米复合热电材料。本发明适用于协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。

摘要： 本发明公开了一种中温区高性能热电材料制备方法及中温区高性能热电材料，其中，该制备方法可以为GeTe基热电化合物块体制备方法，包括如下步骤：以Ge单质粉、Bi单质粉和Te单质粉为原料，采用机械合金化法处理，得到粉末；将所述粉末采用放电等离子烧结法处理，得到GeTe基热电化合物块体。该制备方法工艺操作简便，耗能少，耗时少，效率高；且得到的GeTe基热电化合物块体结晶性好，成分简单均匀，重复率高，在中温区300～500°C具有优异的热电性能。

摘要： 本发明提供一种制备优良热电性能合金的方法及优良热电性能合金，本发明涉及合金为Cu‑Ni合金，其制备包括以下步骤：将原料(Cu、Ni和Mn)升温至1300～1350°C后保温，待降温至1250～1280°C浇注到铸模中；将材料置于氩气保护的箱式热处理炉中，900～950°C下保温；用铣床铣光材料表面氧化膜、夹杂后，在800～850°C下保温后热轧；材料900～950°C下保温后淬火；将材料表面包裹一层铜皮，在液氮中浸泡；进行低温轧制；将低温轧制得到的板材在400～500°C下时效1～2h得到优良热电性能Cu‑Ni合金。该方法生产周期短，能实现大规模生产，并获得了热电性能和机械性能优秀的热电材料Cu‑Ni合金。

摘要： 本发明提供了一种热电性能测量样品台及热电性能测量装置，该样品台包括样品座和样品杆，所述样品座包括基座、样品座连接端、绝缘垫板、样品垫块和温度梯度加热模块，所述样品座通过样品座连接端与样品杆连接，所述基座中部设有第一通孔，所述绝缘垫板上设有与所述第一通孔对应的第二通孔，所述基座下方连接有样品温度计模块，所述样品温度计模块包括热电偶和调节模块，所述调节模块与所述热电偶配合，使所述热电偶测温端穿过所述第一通孔和第二通孔直接与样品条接触。该样品台适合不同长度的块材和薄膜样品的快速安装和测量，能够大大节省制样时间，有利于热电材料的大规模筛选。

摘要： 本发明涉及一种首次发现其具有高热电性能的ZnO基热电陶瓷及其制备方法。采用水热合成法或溶液合成法制备形貌规则、粒度均匀的ZnO颗粒粉末(粒径5nm‑1μm)，再以Na2S、硫代乙酰胺、硫脲等为硫源(浓度0.1‑1mol/L)通过离子交换法或自组装法在ZnO颗粒表面原位生成ZnS层，获得的ZnO/ZnS粉体经冷等静压成型后，采用微波烧结工艺制备出具有高强度、高热稳定性的ZnO基热电陶瓷，该ZnO基热电陶瓷在900K的最高热电优值(ZT)达到了1.77，打破了长期以来ZnO基热电材料难以实现ZT＞1的实际应用要求。另外，本发明的制备方法工艺简单，设计巧妙，成本低廉。

摘要： 本发明涉及基热电材料技术领域，尤其涉及一种提高Bi2Te3基热电材料热电性能的方法。其步骤包括：用Te、Bi、Sb和Se单质粉体合成取向晶体；将取向晶体破碎成粉末，加入稀土元素Tb和金属元素Sn，粉碎得到Bi2Te3基P型赝三元热电材料合金粉体；后将合金粉体烘干，进行高压烧结成型；切割材料，退火，冷却。本发明中稀土掺杂可有效增加材料的点缺陷、晶界和位错，有效降低晶格热导率，同时辅以Sn的掺杂，可有效调节晶体的能带结构，增加费米能级附近的态密度，从而提升材料的热电性能，将材料的热电优值从0.5提高到1.25；本发明使用高压烧结技术与SPS技术相结合，高压烧结技术具有烧结效率高、烧结时间短、纳米晶均匀、压力变化连续可调。

摘要： 本发明属于碲化铋基热电材料技术领域，公开了一种高热电性能p型碲化铋基热电材料及其制备方法和应用。本发明的高热电性能p型碲化铋基热电材料的制备方法包括：以名义组分为Bi