“声子液体”热电材料研究进展

热电转换技术利用半导体材料的塞贝克效应(Seebeck effect)和帕尔贴效应(Peltier effect)可实现热能与电能的直接相互转换,是一种清洁利用能源的有效方式.快离子导体一般应用于电池材料.本文论述了近期研究中采用快离子导体的基本特性来探索高性能热电材料的研究进展,详细介绍了快离子导体的两套亚点阵结构可有效优化材料的电热输运特性,从而实现热电材料的"横波阻尼效应";提出了"声子液体"新概念,为热电材料性能优化和新热电化合物的探索提供新的思路和方向.     

导电PEDOT热电材料发展简史

热电材料能够直接实现热能与电能的相互转换,是重要的新型环保能源转换材料之一.无机半导体材料是当前性能最好的热电材料,然而由于资源、性能及价格的局限而难以实现大规模工业化应用.因此,发展新型高性能热电材料已成为当前重要研究领域.导电高分子(CPs)作为一种潜在的热电材料,其研究已有三十余年,然而在2000年之前,因其性能不佳而未引起高度关注.2008年,聚3,4-二氧乙撑噻吩(PEDOT)热电优值(ZT)首次被报道超过10~(-3),为发展高性能有机热电材料带来新的曙光.此后,大量新技术和方法应用于PEDOT热电性能的改善和提高.近十年来,PEDOT的ZT值迅速从10~(-4)提高到10~(-1),使PEDOT成为最有希望的有机热电材料之一.尽管PEDOT热电材料离实际工业化应用仍有较大差距(ZT1),但依然是未来有机热电材料中可能获得重大突破的p型有机热电材料.本文简要归纳了导电PEDOT作为热电材料的优势、发展历程、性能改善的方法及其未来发展趋势.     

La2-xSrxCuO4(0.03

赵彦立  许祝安  张宣嘉  焦正宽 《科学通报》2001,46(23)

聚光和非聚光光伏-热电耦合系统的优化

基于能量平衡建立了光伏-热电(PV-TE)耦合发电系统的一维稳态导热模型,研究了在不同的光伏电池效率温度系数和热电优值系数条件下PV-TE耦合发电系统的性能.(1)对于非聚光PV-TE耦合系统,分析了热聚焦因子、热电引脚长度和TE模块的负载电阻与内阻之比对系统发电效率的影响.结果表明:在TE模块的优值系数Z=4×10~(-3)K~(-1),电池效率温度系数β_(ref)=0.001 K~(-1)的情况下,系统总效率相对较好.此时总效率随着热聚焦因子、热电引脚长度、TE模块的负载电阻与内阻之比的增加,均是先增大后减小.因此,可选择最佳的热聚焦因子、热电引脚长度、负载电阻的值,使系统总效率达到最大值.(2)对于聚光PV-TE耦合系统,研究了热电引脚对数和热扩散因子对系统性能的影响.结果表明在Z=2.545×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.001 K~(-1);Z=4×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.001 K~(-1);Z=4×10~(-3)K~(-1),β_(ref)=0.0015 K~(-1)情况下,总效率随着热扩散因子的增加而减小.当热扩散因子从0.32上升到5.12时,对于其他β_(ref)和Z的情况,总效率会显著增加.当热扩散因子继续增大时,由热扩散因子增加引起的效率变化非常平缓,原因在于热扩散因子足够大时,热传递非常快,PV电池和TE热侧的温度随热扩散因子变化很小.基于研究结果,可以发现当聚光系统的热扩散因子在3.0左右时,耦合系统具有相对高的效率.     

Ca_9Zn_(4.5-δ)Sb_9(0<δ<0.5)化合物Sr/Eu阳离子掺杂与热电性质

作为一种非常有前景的热电材料, Ca_9Zn_(4.5-δ)Sb_9(0δ0.5)相较于其他材料有着成本低、环保高效等优势.以往研究表明间隙金属元素在该体系中起着关键作用,然而由于其狭窄的域值范围制约了Ca_9Zn_(4.5-δ)Sb_9的性质调控.本文用原子半径更大的阳离子Sr/Eu来取代少量Ca,使其Seebeck系数和电学性质得以同步增强,得到了间接调控间隙原子的结果.载流子测试表明,载流子浓度有轻微降低,而载流子迁移率有着明显提升,这与增大的晶体热导性质都表明晶体结构发生了明显变化.对Ca_(9-x)Sr_(x)Zn_(4.5-δ)Sb_9系列进行了单晶X射线衍射测试,结果表明随Sr含量增大晶格参数有增大趋势,间隙Zn原子浓度上升,材料热电性能得到协同优化.最终掺杂样品中, Ca_(8.2)Eu_(0.8)Zn_(4.5-δ)Sb_9在873 K得到最大热电优值(ZT)约为0.81.     

高性能Ag-Pb-Sb-Te体系半导体热电材料的制备与性能

采用机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)方法制备了高性能的Ag-Pb-Sb-Te体系块体热电材料. 利用XRD和SEM等表征手段分析了材料的物相组成和微观结构, 详细研究了组分变化, 尤其是Pb含量的改变对Ag_0.8Pb_18+xSbTe20体系材料热电性能(包括电阻率、Seebeck系数、功率因子、热导率和热电优值等)的影响规律. 研究表明, Ag-Pb-Sb-Te体系材料的最佳组成为Ag_0.8Pb_22.5SbTe₂₀, 对应的最大热电优值为1.2(673 K).     

Bi_2Sr_2Co_2O_8薄膜光探测器应用取得进展

新型氧化物热电材料铋锶钴氧(Bi2Sr2Co2O8)因其优异的热电性能近年来备受关注,目前对该材料的研究主要集中在块体样品上,而对薄膜样品的研究甚少.究其原因,主要是由于这类错配层结构氧化物的晶体结构非常复杂,很难实现单相特别是外延薄膜的生长.最近,研究人员利     

热电材料的基本原理、关键问题及研究进展

热电材料是一种利用固体中载流子(电子和空穴)运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和便携式制冷等领域得到重要应用。目前,如何协调优化载流子和声子的输运性能,从而提高热电材料能量转换效率,使其在利用余热发电方面发挥更大应用价值是材料学家研究的主要目标。简要介绍了热电效应的基本原理,总结了热电材料发展中的诸多关键科学问题,从结构设计(原子结构、纳米结构以及微米结构)方面综述了近年来的主要研究成果,并强调了温差发电技术对解决当前环境污染和能源危机的重要意义。     

基于热电转换的超级电容器性能及应用研究进展

超级电容器是一种具有良好应用前景的储能器件,因具有优良的电化学性能以及可进行便捷的热电转换而被广泛应用于电子产品、汽车制造等领域.本文基于超级电容器热电转换功能,简要介绍了超级电容器的种类及工作过程中发生的热诱导效应,综述了在热电转换时超级电容器性能的研究进展.最后,总结了超级电容器在热电转换方面的应用并对其发展方向进行了展望.     

填充方钴矿热电材料的研究进展

热电转换是一种新兴的清洁能源技术, 可实现热能和电能的直接转换, 提高能源的使用效率, 降低石化能源的消费比重, 减少二氧化碳的排放, 达到保护环境的目的,相关研究在国际上引起了广泛关注. 由于材料中电和热的输运强烈地耦合在一起, 难以独立调控, 热电材料的性能优值长期徘徊在1.0左右, 仅在室温制冷等若干特殊领域获得了小规模应用. 有效提高热电材料性能已成为热电转换技术工业应用与热电材料科学领域亟待解决的热点与难点.科学家G. Slack提出理想化热电材料应该具有“声子玻璃-电子晶体”的特征, 相关研究成为近年来热电材料领域最重要和最具有代表意义的方向. 一些具有孔洞结构的笼状化合物, 如方钴矿材料被认为可能有“声子玻璃-电子晶体”特性, 而得到了广泛的关注; 但该笼状化合物中与输运性能相关的诸多物理机制, 以及与“声子玻璃-电子晶体”特征之间的关联尚不清楚, 限制了对该类材料的进一步认识和性能优化.     

(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-(x)PbTiO_3二元系铁电陶瓷的压电特性

已有的研究表明,二元系铁电陶瓷(1-x)Pb(Sc_(1/2)Ta_(1/2))O_3-(x)PbTiO_3在介电、热电、光电方面都有广阔的应用前景.本文研究了该材料的压电特性,发现在准同型相界(x=0.45)附近,压电应变常数d_(33)和机电耦合系数k_t,k_p,k_(33)达到极值,而机械品质因数Q_m达到最小值.这种具有高机电耦合特性和低Q_m的压电材料特别适用于制备宽带滤波器、水声换能器及医学超声换能器件.     

集成吸收-压缩复合热泵的微燃机热电联产系统

针对生产蒸汽的微燃机热电联产系统的排烟温度较高的问题,本文提出集成吸收-压缩复合热泵的微燃机热电联产系统.该系统以微燃机热电联产系统排烟为驱动热源,可生产0.5 MPa的饱和蒸汽,一次能源利用率为67.3%,相对节能率为23.56%,同典型的微燃机热电联产系统进行热力学性能对比分析,一次能源利用率和相对节能率分别提高约11.2%和14.76%.该系统中增加的吸收-压缩复合热泵系统,使系统的排烟损失降低约78%.此外,还研究了发生压力、基础溶液浓度、精馏塔塔顶温度、精馏塔釜温度对吸收-压缩复合热泵系统性能的影响,为系统的实验设计提供了理论依据.本研究为微燃机热电联产系统的余热回收利用提供了新的思路和方法.     

多晶块材热电材料Seebeck系数的晶粒尺寸效应

基于Boltzmann输运方程, 在考虑晶界散射效应并将晶界散射作为电子输运边界条件的基础上, 建立了多晶块材热电材料的Seebeck系数的理论预测模型. 进而研究了多晶块材热电材料的Seebeck系数晶粒尺寸效应, 探讨了透射率、温度和平均自由程等对Seebeck系数的影响. 结果表明, 本文的理论模型能有效预测多晶块材热电材料的Seebeck系数的晶粒尺寸效应, 且与相关实验结果具有较好的一致性. 透射率、温度以及平均自由程等对Seebeck系数的晶粒尺寸效应也存在明显的影响.     

晶格素化有效提升SnSe晶体的热电性能

<正>热电材料是一种利用内部载流子输运实现热能和电能直接相互转换的功能材料^[1].其中,分别利用塞贝克效应和珀耳帖效应的温差发电和电子制冷是热电材料的两个主要应用.近年来,随着科学技术的进步和人民生活水平的逐渐提高,人们对制冷的需求量也在逐年增加.热电制冷技术具有无污染、灵活性、可靠性和轻量化等优势,     

电热输运微观机制理解与新热电材料设计

基于材料微观理解的热电材料理论设计是热电领域的研究趋势,可以大大加快热电材料的研发速度。用三个热电材料的理论设计实例,综述了与能级简并相关的能带工程、复杂化合物中导电通道和电热输运性能独立调控,以及具有反常热导率变化的半晶态化合物等方面的研究,涵盖了电和热输运的多个方面,同时也指出了几个热电材料理论设计的未来发展方向。     

Application of heat pump technology in Central Heating

电厂汽轮机乏汽冷却带走大量热能,特别是在火电企业尚处于困境当中,利用先进的吸收式热泵技术,对热电企业集中供热系统进行节能改造,回收热电企业的汽轮机排汽冷凝热,使之转换为可满足集中采暖供热的热源,将为企业带来可观的效益.     

500W行波热声发电样机的实验研究

在前期的理论与实验的基础上, 设计制作了一台行波热声发动机及一台直线发电机.以氦气为工质, 在平均压力为3.54 MPa、工作频率为74 Hz 工况下, 以15.03%的最大热电转换效率获得了450.9 W 的电功、以12.65%的热电转换效率获得了481.0 W 的最大输出电功.     

LiTaO_3X射线衍射数据的测定

钽酸锂(LiTaO_3)单晶是一种重要的铁电晶体,具有较好的电光性能、压电性能和热电性能,有着较广泛的应用.Abraham等曾用X射线衍射和中子衍射详细测定了LiTaO_3单晶体的结构,属三方晶系,空间群R3c,六方晶胞参数为a=5.15428,c=13.78351,三方晶胞参数为a_R=     

LiTaO_3单晶的导热性能及其与相变、晶轴方向关系的研究

钽酸锂(LiTaO_3)单晶是一种具有良好压电、热电和电光性能的重要铁电晶体,对其许多物性已作了广泛研究。但是,由于实验上的困难,与该晶体应用密切相关的导热性能研究甚少,它在较高温度下和在不同晶轴方向的导温系数(即热扩散率,Thermal diffusivity)及其     

分子间相互作用对PVF_2/PMMA共混物β相结晶的影响

聚偏氟乙烯(PVF_2)是一种半结晶聚合物,它至少存在α、β、γ和δ四种晶相结构。其中由于β相与PVF_2的压电性和热电性直接相关而引起人们的广泛关注。通常,PVF_2