一种温差电器件的发电性能分析研究

BiTe合金是低温热电发电材料的一种典型材料。为获得其在室温范围内的发电方面的热电性能,采用一种BiTe合金材料,制备了多种规格的温差电器件,通过实验研究了该器件在不同温度下的电阻、电压、赛贝克系数等热电性能,给出了其随温度变化的线性近似方程,求得相关的经验参数。在此基础上,推导出最大输出功率的近似数学表达式,并进行了试验验证,实验结果表明近似方程与实际测量结果相吻合。     

热压法制备BiTe基温差电材料研究

为提高温差电材料热电性能和机械强度,满足空间用温差电致冷组件研制要求,探索热压法制备BiTe基温差电材料,分别采用普通热压、纳米复合粉热压和热压塑形三种方法对BiTe基温差电材料进行处理,将三种样品进行性能表征并与常规区熔材料比对,结果表明热压工艺制备的BiTe基温差电材料致密性好,抗弯强度与热电性能均大于区熔材料。     

纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术

介绍了一种新的一维纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术。该技术创造性地采用了液流加热以及异地测温的新方法,成功地解决了对微米厚度的一维纳米线阵列结构热电材料试样两侧均匀加热并保持两侧的温差恒定,以及微米厚度的试样两侧测温的难题。依据这一原理建立了一维纳米线阵列结构热电材料性能测试系统。实验表明,该系统性能稳定,精度高,可胜任一维纳米线阵列结构热电材料的性能测试。     

温差电材料研究的新动向

近10a来,由于环境保护和军事应用的需要,温差电材料的研究重新引起人们的重视。目前,室温附近最好的块状温差电材料BiTe的无量纲优值ZT大约等于1。为了成功地与其它换能系统竞争,必须使无量纲优值ZT提高到1.5～3。其途径为三:其一,研究新材料;其二,研究功能梯度材料;其三,降低材料的维数。回顾了温差电材料研究的最新进展,介绍了诸如Skutterudites、过渡金属的五价碲化物、Clathrates、Half Heusler、准晶体、氧化物等新材料的研制概况,以及梯度功能温差电材料和低维温差电材料方面的研究动态。     

区熔制备BiTe基温差电材料工艺研究

区熔法是被广泛采用的制备BiTe基温差电材料的方法。针对批量生产中的区熔温度和温度梯度进行了一系列的实验研究,并对所获得的材料样品的电导率、塞贝克系数及功率因子进行了测试与分析,以了解材料的温差电性能;采用扫描电子显微镜(SEM)观察材料的微观结构;分段密度测试,以分析材料的均匀性。实验结果表明,在确定区熔速率和熔区宽度的前提下,适当的升高区熔温度并使材料生长过程中存在一定的温度梯度有益于提高材料的温差电性能。通过本实验得到在熔区宽度15mm、区熔走速30mm/h时的最佳区熔温度为800,850℃。     

温差电材料片表面处理工艺研究

焊接条件对温差电致冷组件的性能有重要的影响。研究了温差电材料片的表面处理工艺 ,介绍了主要工艺步骤及实验过程。该工艺实验表明 ,材料片经表面处理后 ,不仅提高了可焊性和结合强度 ,而且提高了组件的可靠性和热电性能 ;工艺过程容易控制 ,适合于不同焊料致冷组件的生产 ,具有显著的应用与推广价值     

分段温差电元件性能的仿真研究

利用商用有限元软件ANSYS建立了带接触层的分段温差电单偶模型,不仅能考虑接触电阻,还能考虑接触热阻。该模型由n-Bi2Te3/n-PbTe,p-BiSbTe/p-Zn4Sb3组成。在电偶臂总长l=5mm时,优化温差电元件得到最大热电转换效率,并分析接触电阻和接触热阻对热电转换效率的影响,以及电臂的分界面温度。结果表明,在热端温度673K,冷端温度分别为298、323、353K时,最大转换效率为11.64%,10.70%,9.50%。当接触层厚0.1mm,接触电阻率为5×10-5Ω·m(即每电臂接触电阻为150μΩ·cm2),接触热导率为kc=6W/mK时,最大转换效率降到10.15%,9.33%,8.31%。分界面温度在材料Z-T曲线交点温度附近,大约为3%～-1%范围内。     

分段温差电元件的设计

由于分段温差电元件能够在较宽的温度范围内很大程度地提高热电转换效率,因此,在世界范围内受到广泛的关注。对碲化铅(PbTe)材料和碲化铋(Bi2Te3)材料组成的分段温差电元件进行了理论设计和计算。确定了在热面温度为773K、冷面温度为323K,元件总长度为15mm时,PbTe的最佳长度为8.8mm。测试结果表明:由设计的元件制作出的分段温差电单偶的热电转换效率达到了7.31%。     

核辐照对吸波材料电磁性能的影响

铁基磁性吸波材料在接受电子和＾６０Ｃｏ（γ光子）辐照后,其电磁性能（μ、ε）发生明显变化,分析了辐照引起材料电磁性能变化的原因以及电磁性能变化对这类吸波材料吸收电磁波性能的影响。     

温差电材料热压成形实验装置的研究

讨论了温差电材料成形特点,首次设计了适用于不同类型温差电材料的内热、外热和综合加热三种热压成形方法及其相应的模具结构.总结了实验装置的设计方法及热电材料热压成形经验,设计制备了实验装置,并进行了热压成形试验,所制备的NaxCo2O4和ZnO块体温差电材料性能优良.试验结果表明,所设计热压成形的装置设计合理、计算正确、结构简单、使用方便、功率可无级连续调节,温度控制准确、性能稳定,是个成功装置.     

温差电能量转换技术述评

本文详细阐述了温差发电和温差电致冷技术的现状并讨论了该领域的发展趋势.     

温差发电器热电材料的研究进展

介绍了温差发电器的材料、性能发展情况.简要介绍传统材料的性能,具体介绍了低热导率纳米材料、掺杂半导体材料和薄膜材料等的最新进展,阐述了对温差发电器组件结构和热交换进行优化设计,从而提高发电器性能.     

电信级温差电致冷组件老化筛选实验方法

以Bellcore标准为依托,结合温差电致冷组件的特性,设计了电信级温差电致冷组件老化筛选实验方法.以典型型号温差电致冷组件为样品,进行实验方法的验证分析,通过测试、分析实验样品的热电性能,并与未通过老化筛选的组件同时进行模拟工作实验,发现该方法能有效地、可靠地筛选出电信级温差电致冷组件.     

提高温差电空调系统效率的探讨

通过对现有温差电公式进行理论推导,结合具体的试验结论,通过绘制Z-h(COP)、DT-h以及U-h三条关系曲线,直观地反映了最佳hopt与优值系数Z、温差DT以及工作电压U之间的函数关系,从而为设计高效温差电空调系统奠定了理论基础。基于此,通过改进温差电材料的热电性能、提高优值系数Z、降低冷热面温差、优化工作电压以及引入高密高效散热器、改善散热条件等几个方面,设计了一套高效率的温差电空调系统,其致冷效率可以达到4~5。     

热压法制备P型Bi2Te3基温差电材料研究

以P型赝二元Bi2Te3-Sb2Te3体系温差电材料区熔晶棒为前驱体,采用真空热压烧结法制备材料样品。测试热压前后材料样品性能,测试结果表明:热压样品较区熔材料具有更高的致密度和机械强度,改善了Bi2Te3基温差电材料易沿解理面发生劈裂的现象;同时,热压工艺促使了材料内部晶体结构和载流子浓度的变化,引起材料电导率的降低和塞贝克系数的改变,导致材料热导率显著降低。综合考虑材料各项性能参数,热压材料的热电优值基本与区熔材料相当,但前者的力学强度明显优于后者,在实际使用中将占有明显的优势。     

高效温差电空调器的研制

温差电致冷器具有零污染、长寿命以及易于控温等诸多优点,正得到日益广泛的应用。通过降低温差电致冷组件冷、热面工作温差及工作电压等方法,引入降额及冗余设计,建立高效率致冷工作模式。其次,改进常规的散热方法,设计轻质、高效散热器,大幅度地提高散热性能。此外,优化整机设计,采用交叉流换热结构,进一步提高冷、热风道换热效率,最终研制出高效率的温差电空调器。制作的温差电空调器样机输入功率95W,致冷功率448W,致冷效率达到4.7以上,高于普通的机械式空调器。     

GeTe基温差电材料热压工艺研究

对使用粉末冶金热压法制备GeTe基温差电材料进行了研究。通过改变温度、压力等热压工艺参数制备不同的GeTe材料样品。然后分别测量它们的密度、电导率、塞贝克系数等性能参数。在对这些性能参数进行分析的基础上,优化了GeTe材料的热压工艺。按照上面的工艺,制备出了GeTe基温差电材料的样品。经测试其无量纲优值ZT在400℃下可以达到1.56。     

一种温差电单偶热电转换效率的测试方法

提出了一种温差电单偶热电转换效率的测试方法,将测定输入温差电单偶的热流量分解为测定温差电单偶的输出电功率与测定从温差电单偶流出的热流量,并用温差电热流量计测定温差电单偶冷面流出的热流量。该测试方法避免了测量输入温差电元件的热流量,因此可以不考虑温差电元件侧面对流、辐射热损失防护问题。半导体温差电材料的塞贝克系数可以是金属的几倍,因此温差电热流量计的灵敏度高,热电转换效率的测量可以获得较高精度。给出了一些温差电单偶热电转换效率的测试结果。热面温度500℃,冷面温度50℃时,碲化铅/碲化铋级联温差电单偶的最大热电转换效率测试结果为8.45%。当冷面温度固定在50℃,作者测试了一对碲化铋温差电单偶热电转换效率随热面温度变化的规律,结果显示其热电转换效率呈近似线性增长。讨论了测试误差的来源,认为测试误差主要来源于热流量计的标定误差。