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。     

海洋温差是怎样发电的

潮起潮落,日复一日,年复一年,海洋蕴藏的巨大能量吸引着人们去探索、去开发。潮汐发电作为海洋能利用中技术最成熟、规模最大的一种,已为许多人所熟知。而说起海洋温差发电,知道的人恐怕要少得多。     

换热器分段设计方法的理论分析

在换热器设计中, 由于各设计目标之间存在的矛盾性及某些不确定性, 使得构造目标函数最优点集的隶属函数非常困难, 流体物性参数的变化是产生某些不确定性的主要因素, 而传统的换热器设计方法未能从根本上解决这些问题. 基于传统的对数平均温差法, 考虑冷、热流体的定压比热随温度的变化, 提出一种新的换热器设计方法—— 分段设计方法, 将换热器分成有限段,利用初始条件及各段之间的连接条件获得各段的入口和出口温度, 应用对数平均温差法确定各段的传热面积, 完成换热器热力设计.     

高性能柔性碲化铋/碳纳米管复合热电薄膜

<正>热电材料是可将热能与电能相互直接转换的绿色能源材料[1,2],其能量转换效率主要取决于材料与器件性能,不依赖于能量体系的大小,因而在微小热源的回收发电、局部"热点"的快速精确制冷等技术领域具有显著的优势,在环境温差原位发电、低品位分散式热源利用、电子器件/微系统芯片温控等领域具有重要的应用.在实际应用中,     

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,     

冬季极赤温差年际变化及其与东亚气候异常的联系

利用美国国家环境预报中心/大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,定义了冬季极赤温差(temperature difference between polar and equatorial regions,TDPE)指数,分析了地面以上2 m处极赤温差指数(ITDPE-S)的年际变化及其与同期东亚冬季降水、气温的关系.结果表明:ITDPE-S可反映出全球变暖过程中北半球高纬地区冬季地面温度显著升高,且在年际时间尺度上存在4~8 a的周期变化.ITDPE-S与东亚冬季降水和气温存在很好的相关.当ITDPE-S偏高(偏低)时,中国东北、新疆、河西走廊、日本海以及南中国海到菲律宾岛地区冬季降水增加(减少),对应着中国华北到东北地区冬季平均气温降低(升高).进一步研究发现,ITDPE-S高值年,东亚中纬度地区异常水汽主要来自西北太平洋,低纬度地区降水异常时的水汽主要来自热带海洋上空.水平温度平流引起的异常降温可部分解释东亚中纬度地区冬季平均气温异常偏低.这些结果对深刻认识大气环流异常的形成机理及其影响具有重要意义.     

海洋温差是怎样发电的

潮起潮落,日复一日,年复一年,海洋蕴藏的巨大能量吸引着人们去探索、去开发.潮汐发电作为海洋能利用中技术最成熟、规模最大的一种,已为许多人所熟知.而说起海洋温差发电,知道的人恐怕要少得多.     

趣话温差发电

低碳生活概念日益深入人心．清洁能源正越来越多地出现在我们的经济生活中。不仅有来自大自然取之不尽用之不竭的风能、太阳能，潮汐的潮位变化也可以用来发电，甚至水温的变化也可以视为一种能源．不过足以用来产生电能的温差最初只能借助温泉这类地热资源，     

高导电镀银织物的制备及其在电致变色中的应用

导电织物因在智能服装、电极材料和柔性传感器等领域具有广泛的应用而备受关注.本研究采用多酚修饰法,利用单宁酸改性和化学镀银相结合的方法,制备了高导电的涤纶镀银织物(方阻为9.28 mΩ/□).与传统的织物镀银工艺相比,该方法省去了敏化活化等步骤,具有工艺简单、节省成本和导电性能优异等特点.以高导电镀银织物作为电致变色器件的阴极,喷涂聚苯胺的ITO-PET薄膜为阳极组成电致变色织物器件,该聚苯胺电致变色织物器件具有丰富的色彩变化(黄绿色-深绿色-蓝黑色)、优异的循环稳定性(伏安循环3000次)、较低的变色电压(–0.8 V/1.8 V)和较快的变色速度(4.3 s/6.4 s)以及柔性轻质的特点,可广泛应用于军事伪装服、野外考察服、布型显示器以及民用时尚变色服装等领域.     

在自然差异中蕴藏着巨大的能量

在自然界中,存在着很多差异。在这些差异中蕴藏着的巨大能量,若加以开发利用,就可以造福人类。自然温差:新型绿色能源在自然界中的温差变化是一种丰富的绿色能源,随着现代科学技术的发展,这种新型能源正在被人们认识和利用。人类对自然温差能源的探索历程是长期而不断努力的过程。1933年,在法国的一个实验室里,科学家在室温下利用30℃温差推动小型发动机发电,点亮了几个小灯泡,首次证实自然温差作为能源的可能性。20世纪60 年代,美国阿拉斯加输油管路利用寒冷的气候条件加强散热,防止基土融化下沉,从而保证了管路系统的安全运行。受此启发,研究人员开始对自然温差能源进行实用化研究。1986年,经过约10年的试验研究,日本建成了世界上第一座以自然冷能制冷的冷藏库。     

放飞风筝引来电能

说到风筝和电的关系,我们大概会想到那个冒险在雷雨天放风筝的富兰克林,但直接从雨云中取电毕竟太过于危险,而且不会天天有雷雨云经过。最近,科学家提出了一种用风筝发电的方法,利用的是风筝在高空持续稳定的风力来发电,其原理很简单。目前它还处于实验     

一种便携式温差发电炉的实验研究

为解决极端条件下的供电问题,设计了一种便携式温差发电炉,实验研究了其功率负载特性.温差发电炉可燃用干树枝等生物质,总质量为2.5 kg,折叠后尺寸为0.25 m×0.2 m×0.044 m.实验发现,设计的便携式温差发电炉在自供电散热后,当外部负载介于50~70?时,可对外提供2.45 W的电能;经过稳压模块转换成5 V后,当外部负载为12?时,可对外提供2.06 W的电能,系统的热电转换效率约为2.1%.此外,实验揭示了热管理在温差发电技术中的关键作用,即零耗电的热端设计、热端温度控制、热容匹配和冷端散热耗电负荷是实现净对外供电的核心参数.最后,通过实验对比了商业化销售的便携式温差发电炉,并进行了分析和讨论.     

对流换热过程的广义热阻及其与(火积)耗散的关系

为了更加直观地分析与优化对流换热过程, 引入了多维传热系统的热流加权平均温度和热流加权平均温差的概念, 并定义热流加权平均温差与总热流的比值为传热过程的广义热阻, 提出了优化对流换热过程的最小热阻原理, 分析了对流换热过程的广义热阻与火积耗散之间的关系, 得出了最小热阻原理等价于火积耗散极值原理的结论. 以恒壁温条件下的二维方腔内对流换热过程为例, 研究了该过程的广义热阻, 讨论了最小热阻原理在对流换热过程分析与优化中的适用性.     

微生物电池

最近日本东京工业大学资源化学研究所的铃木周一教授,试制成功一种能同时处理废水、发电及产生甲烷燃料的微生物电池。微生物电池的独特之处,其一是具有吞食废水中有机物质并可产生氢气发生菌。其二是利用形成的氢气和空气中的氧气做成燃料电     

晶界层陶瓷中的慢极化响应

利用时域介电谱方法在氧化锌变阻器陶瓷中发现了一种非线性慢响应极化成分,它占了样品静态电容C_s的60—95%,响应时间长达数百秒.它区别于工频以上的普通介电极化;存在于多相固体的晶粒间界层,有类似于蓄电池的性质.用于内边界层电容的钛酸锶和具有正温度系数(PTC)的钛酸钡陶瓷是另外两类晶界层陶瓷的典型代表,在其中也发现了类     

电流体动力学研究进展及其应用

电流体动力学及电雾化技术, 适用范围广. 对于当前受到瞩目的纳米技术、生物医药技术、微机械技术以及微重力研究, 有重要的促进作用, 从而得到了广泛的研究, 并取得了很大进展. 对电流体动力学的基本概念和原理作了介绍; 对它在各领域(电流体动力学强化传热、电流体泵、微重力、质谱仪、纳米材料制备等)的应用情况(包括国内的研究水平)做了简要评述; 最后, 对电流体力学的发展趋势做了展望.     

洋流也可发电

海洋是个巨大的能源宝库。海洋底部埋藏着石油、天然气和可燃冰,而海水本身也蕴藏着不少能量,现在各国已经在开发的有潮汐能、海浪能和温差能。最近,美国佛罗里达大西洋大学的研究人员又计划利用洋流来发电．让每秒流量约322亿升的墨西哥湾流成为新的电力来源．     

从科幻走向现实的“海洋蒸汽机”

<正>早在维多利亚女王时代,法国科幻小说家儒勒·凡尔纳就设想过大洋中蕴藏着取之不尽的能源。然而,直到21世纪的今天,工程师们才有底气说蕴藏在海洋里的热量可为世人提供电力。以下介绍的是"海底两万里格"是如何变成现实世界的"海底两万兆瓦"。如果说,有哪种能源配得上"蒸汽朋克"称谓的话,那就非海水温差发电(OTEC)莫属了。这是维多利亚时代的科幻小说吗?没错。早在1870年,儒勒·     

高温岩体发电

日本是个多火山国,存有丰富的地热资源.在地中钻深孔,利用这种地热从地中产生热水或蒸气发电叫地热发电.现在日本已有9所地热发电所在运行,共发电约23万千瓦.再次,关于利用地热的发电方式,随着现代技术开发研究的进展,利用高温岩体发电在日本可望实现.高温岩体,顾名思义,是在深3公里、温度300℃的地下深处的高温岩石,其特点是没有蒸气或热水,这种高温岩体发电和以往的地热发电一样,其很大的优点是本来没有热水,而是利用这种高温热量人工制作蒸气,通过涡轮机发电.     

全固态电致变色灵巧窗的研究

利用高室温电导率的聚氯乙烯凝胶电解质制备了一种三氧化钨和普鳃士兰互补全固态电致变色灵巧窗,该电致变色窗呈现了良好的电变色和记忆性能。