热和电之间的和谐：一种清洁再生能源

热电材料是利用温差电效应，即Seebeck效应，实现热能和电能之间转换的一种材料。热电材料主要应用于温差热发电和电制冷以及各种传感器件。每年一次的国际热电会议是探讨和交流热电材料的制备、性能和应用的国际性学术会议。第26届国际热电会议于2007年6月3-7日在韩国济洲岛的西归浦市举行。     

3D打印技术制备热电发电器件

正热电材料是通过固体中的载流子(空穴或电子)输运来实现热能和电能之间相互直接转换的一种环境友好型功能材料。热电制冷和热电发电的理论基础分别是Peltier效应(图1a)和Seebeck效应(图1b)~([1])。通常材料热电性能的优劣是由无量纲热电优值ZT来衡量(ZT=S~2σT/κ,其中S是材料的Seebeck系数;σ和κ分别为材料的电导率和热导率;T为绝对温度)~([2])。但是上述公式中的Seebeck     

“材料基因组”方法加速热电材料性能优化

通过材料计算、数据库技术的整合与协同,可以快速甄别决定材料性能的基本关键因素,将这种方法用于材料的性能优化和新材料的设计,可以实现科学化"系统寻优"的材料基因组方法,显著加快热电材料的设计与性能优化。以填充方钴矿材料和类金刚石结构化合物为例,从电子和声子优化的不同角度,采用材料基因组方法从成百上千种可能性中快速筛选和制备出高性能热电材料,展示了材料基因组方法可显著加速热电材料研究的能力。     

填充方钴矿热电材料:从单填到多填

以传统窄带半导体材料为主要对象的高性能热电材料研究近年来发展迅速并取得了明显进展.本文以含本征晶格孔洞的笼状结构CoSb3基方钴矿化合物的相关研究为主线,综述近年来热电材料的主要研究进展,并分析了杂质原子在孔洞中部分填充特性为基础的填充方钴矿化合物的结构调控、电-热输运性能协同调控、以及热电性能优化的内在物理机制及其实验实现.在本征孔洞结构的方钴矿化合物中引入部分填充的杂质原子,通过局域声子散射而显著降低晶格热导率,同时可以优化电输运性能.研究还发现这样一类特殊结构化合物的电热输运性能可以通过选择不同价态与不同局域振动频率的多种不同填充原子的组合填充而实现可以近乎独立地调控与优化,热电优值达到1.7@850K,实现了明显具有声子玻璃-电子晶体特征的一类高性能热电材料.研究工作一方面明显提高了填充方钴矿材料的热电性能,另一方面加深了相关物理机制的理解,对进一步的新热电材料体系的设计具有指导意义.     

热电材料低维化的研究进展

热电材料是一种能够实现电能与热能之间直接转换的功能材料,它可提供一种既清洁又安全的发电和制冷方式,具有广泛的应用前景.近年来的理论和实验研究表明,低维化和小尺度化是热电材料研究和开发极具前景的发展方向.低维结构大大提高了费米面附近的态密度,提高了Seebeck系数;将材料的晶粒细化到纳米级别,可以增加对载流子和声子的散...     

N型碳纳米管基热电材料研究进展

科技的不断发展对于能源供给方式提出了新的要求和挑战。在人体与外界环境温度差的驱动下,热电材料可以实现持续稳定的电能输出,能有效缓解能源危机。其中,碳纳米管(CNT)独特的结构使其具有优异的电学和力学性能以及较大的表面积,在热电材料中具有明显的优势,n型CNT在热电材料领域的应用也越来越广泛。围绕CNT基热电材料,首先介绍了热电材料的基本概念,接着概述了CNT的分类及其结构,重点介绍了n型CNT基热电材料的制备策略：掺杂和复合,指出了增强n型CNT的稳定性仍是未来的研究方向。     

热电材料发电的商业化进展与前景展望

综述了热电材料作为绿色环保能源转换材料的商业化进展与应用前景. 阐述了商业化的热电材料热电性能指标要求，分析了提高热电性能的条件和理论上的局限性. 通过分析近20年提高热电性能的研究，总结了一些突破上述局限性的有效手段，提出了将来提高热电性能的一些有效方法. 预测了热电性能商业化的前景.     

球磨工艺调控碲化铋基材料微结构及热电性能研究

碲化铋基化合物是室温附近性能最佳的热电材料,在余热回收以及固态制冷领域具有重要的应用价值. 其主要的制备方式是球磨法,各类参数的细微变化都可能影响材料的微结构和热电性能. 球磨时间作为重要的球磨参数既能影响粉末粒径的细化,也对材料的热电性能有所调控,因此亟需逐步分析球磨时间对晶体结构、粒径尺寸及产物热电性能的影响. 本文采用恒定的球磨转速,调节不同球磨时间制备碲化铋基材料. 通过晶体结构及粉体粒径的分析发现了晶粒对球磨时间的响应. 后续热电性能测试结果表明,增加球磨时间后粒径发生变化并导致了电子、声子输运模式的协同改变. 最终,有效提升了n型与p型碲化铋的最大ZT值,分别达到了0.91和1.11. 本研究工作系统总结了球磨工艺中关键参数对碲化铋材料微结构及热电性能的影响,为粉末冶金及热电学的交叉融合及热电转换技术的商业化应用提供了实验和理论参考.     

热电器件焊接层热电耦合应力分布特征

对热电器件焊料层的热电耦合应力特征进行了系统的研究,建立了热电发电器件单一材料和分段材料热电支腿结构的仿真模型.利用有限元软件ANSYS分析了焊料性能对热电转换效率的影响以及存两类结构边界条件下焊料层上的应力分布特征,得出了最可能的破坏位置,同时探讨了不同的材料分段对热电转换效率和焊料层可靠性的影响.所得结论对热电发电器件的优化设计和制造具有重要的指导意义.     

HEMT材料的电子辐射效应

用能量为１～１．８ＭｅＶ、注量为１０￣（１３）～１０￣（１０）／ｃｍ￣２的电子，对ＨＥＭＴ（高电子迁移率晶体管）材料进行辐照，得到了材料结构中的２维电子气（２ＤＥＧ）的电输运性质随辐照电子能量和注量的变化关系，井进行了讨论．还将该结果与电子辐照Ｐ－ＨＥＭＴ和ＬＴ－ＨＥＭＴ材料的结果进行了比较，对异质结界面的辐照效应进行了分析。     

Bi2Te3基热电材料的电输运性能研究进展

Bi2Te3基化合物是热电领域的代表性材料之一,被广泛应用于余热发电、固态制冷、温度探测等方面.该类材料具有复杂的能带结构,利用强自旋轨道和能带反转,有望对Bi2Te3基材料的热电性能实现优化.通过分析对比近些年Bi2Te3基材料的能带结构计算数据与部分实验结果,总结了Bi2Te3、N型Bi2Te3-x Sex和P型B...     

新型热离子发电器件理论及其在能量转换器件中的应用

首先基于电子能量的选择机制,介绍两类具有能量选择通道的热离子电流密度方程.以能量选择通道在热载流子太阳能电池中的应用为例,揭示如何利用能量选择通道实现高效的能量转换.其次,根据半导体电子发射的基本原理,给出光增热离子发射电流密度方程,以光增电子隧穿太阳能电池为例,阐述光增热离子实现太阳能的光热集成利用的新原理.最后,根据石墨烯中电子的能量色散关系,给出石墨烯表面发射电子流密度方程,进而分析基于石墨烯热离子效应的能量转换器件的热电性能.文中结合国内外的研究现状,系统地阐明如何评估基于三类新型热离子效应的器件的热力学特性,建立优化理论,指导设计高效的能量转换器件.     

Fe33aSi67热电材料机械合金化的相变特点

热电元件具有热电发电和电子制冷制热功能，其结构简单，无运动部件，少污染和噪音，是当今国际上竞相研究的热电能变换方法．FeSi2(β相)被认为是用于高温火焰的经济热电材料．它原料资源丰富，价格低廉，选用低纯度工业原料对热电性能无明显影响．然而β-FeSi2的制备     

稀土应用于电化学储能的研究进展

储能是实现清洁能源替代传统化石能源的关键,其核心是开发高效储能材料,其中稀土材料由于独特的电子结构,在电化学储能各领域显示出了巨大应用的前景.主要综述了稀土在铅酸蓄电池、镍氢电池、固体氧化物燃料电池(SOFC)、锂离子电池、超级电容器和锂硫电池中的研究和应用现状,期望发展系统功能材料合成和组装技术,拓展其在未来储能中的应用.     

活性材料杆芯结构杆条杀伤增强效应

采用数值模拟和实验相结合的方法,研究了靶板厚度对活性材料杆芯结构杆条毁伤增强效应的影响. 数值模拟结果表明,在活性材料杆芯结构杆条贯穿靶板条件下,靶板越厚,毁伤增强越显著;活性材料杆芯结构杆条碰撞装甲靶板,活性材料激活率和毁伤增强效应显著优于碰撞铝合金靶板. 相同条件下实验结果与数值模拟结果吻合较好.     

热电材料的现状及特点

随着环境和能源的问题日益突出,热电材料的发展倍受关注.论述了热电效应的基本原理,分析了几种近年来研究的热电材料的结构及特点.     

霍尔效应的最新发展及应用

拥有正常电子结构的材料可以在没有磁场作用下与电场发生作用并最终出现量子霍尔效应和自旋霍尔效应,本文详细介绍了这两种霍尔效应的理论原理及实验现象的最新进展。     

NaxCoO2热电性质的第一性原理研究

热电材料能够进行热能与电能的直接转化,对其进行理论研究对实际应用具有指导意义.NaxCoO2是一种新型的热电功能材料,近年来逐渐成为研究的热点.本文在基于密度泛函理论的第一性原理电子结构研究的基础上,利用恒定弛豫时间近似条件下的线性波尔兹曼方程研究了这种材料体系的热电性质,得出了其热电功率在确定温度下作为Na原子含量的函数.     

试论用探针法测量固体热导率的可能性

一、引言热导率是描述固体材料特性的基本物理量之一.测量固体电子材料的热导率数据,对工程技术应用提供材料的热特性技术数据;对探索新型固体电子材料的研究工作者,材料的热导率提供材料微细结构,电子一声子散射机构和输运性质的许多信息.     

TiB_2等C_(32)型化合物价电子结构分析

根据余瑞璜提出的“固体分子的经验电子理论”,在徐万东和余瑞璜处理过渡金属化合物晶体结合能及熔点理论基础上 ,研究 Ti B2 等高性能材料电子结构 .发现 IVB,VB族元素的硼化物熔点都比相应的单质有较大提高 ,原因是组成元素的杂阶升高 ,单键半距随杂阶升高而逐渐下降 .其杂阶组合与结合能及熔点的密切联系 ,表明用经验电子理论进行电子结构分析可为材料设计提供有力的理论指导 .另外几种金属化合物的键距差分析和结合能及熔点的计算实现了传统固体理论不能进行的复杂结构晶体电子结构及性能分析