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。     

热能远距离传输实验

用常规方法传输热能,比如蒸气、热水等,在传输过程中热能散失很大。所以一般情况下传输热能只能是短距离的,而且输送管外面还要包上厚厚的保温层。美国桑地亚(Sandia)国家实验室正在研究一种能远距离传输热能的新技术。这种技术可使热能在传输过程中几乎不损耗,并且不需要保温层。该技术是一种利用化学物质,交替传输热能的方法。桑地亚国家实验室利用该技术已建立了一套传热系统,并准备在1987年开始进行较大规模的实     

热能储存

为满足社会的需要,在住房冷、暖气供给,空间动力和公用事业设备等方面更有效地利用不损害环境的能源,热能储存起了十分重要的作用。无论何处都存在能的产生和利用的失配现象,热能储存将有助于热能的供给,提高热能的利用率。热能储存有三种基本形式(显热、潜热、和热化学),每种形式都可采用许多不同的工艺手段。人们一直在对这些工艺过程的子集进行研究开发,主要集中在住房冷、暖气供给,工业能源利用率,公用事业设备以及空间动     

工业热能、传热、传質科学报告会

工业热能是研究动力、冶金、化学、石油等工业中各項热能設备的热力系統及其工艺过程的一門科学技术。它主要是研究热能設备的强化、二次能源利用和燃料的綜合利用等,以提高大型企业生产过程中的热能使用效率。因此它在国民經济中占有重要地位。在工业热能的基本研究中,传热和传貭是两个重要的問題。传热是研究热传递的一門科学,其基本方式有传导、对流和輻射。它和科学技术的各个方面都有密切关系,尤其在一些尖端科学(如动力反应堆的放热和噴气技术中某些部件的冷却等)的发展和实际应用中,传热更是一个关鍵性的問题。传貭是研究热与物貭在介貭中的传递現象。传貭現象比传热还要复     

重获青睐的太阳能热电技术

提到太阳能发电，你可能会很自然地想到光伏电池；然而，还有另外一种利用太阳能发电的技术，即“太阳热能集中技术”。根据论证，该技术无疑有着更加光明的前景——     

“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.     

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.     

温差电技术的研究进展

温差发电是利用热电转换材料将热能转化为电能的全静态直接发电方式, 具有设备结构紧凑、性能可靠、运行时无噪声、无磨损、无泄漏、移动灵活等优点, 有微小温差存在的情况下即可产生电势, 在军事、航天、医学、微电子领域具有重要的作用. 近几年随着能源与环境问题的日益突出和燃料电池的实用困难, 温差电作为适应范围广和符合环保的绿色能源技术吸引了越来越多的关注. 介绍了温差电技术的机理, 综述了最新研究进展和提高发电效率的途径, 并提出利用废热进行温差发电和开发温差电传感器是我国当前应该优先发展的研究方向.     

介绍激波管

一引言航空的发展不过是本世纪开端以来的事,年轻的航空技术成长很快,大约每十年就有一次划时代的进步。飞机已突破音速障碍而发展到超音速,有些先进国家正试造两倍音速的飞机(即飞行马赫数为2的飞机)。由于火箭及飞机等的速度愈来愈高,新的现象与困难也不断地产生。例如在高速飞行中,由于高速空气的动能在机身表面附近很薄的一层转变为热能,使飞机表面发高热:在两倍音速飞行时,机表面的温度已达300℃左右,而且机表面温度的增加是与飞行马赫数的平方成正比的,所以更进一步提高飞行     

纳能源技术应用及展望

随着社会的发展,世界能源消耗的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐,因此传统能源利用技术的革新成为备受关注的问题。纳能源技术是采用纳米材料、纳微加工等高新技术手段发展出来的一种全新的能源技术,其有可能完全突破传统的宏观尺度能源系统(如内燃机等)所面临的低能效、高污染、大体积等一系列难以克服的原理性技术困难。上海大学纳微能源研究所作为一个多学科交叉平台,利用其交叉学科的优势,提出纳米尺度热机的概念,将微机电系统(microelectromechanicalsystems,MEMS)技术制备的传统微型热电器件与催化燃烧相结合,在纳米尺度下催化剂将化学能高效地转化为热能,形成局部温度差,再结合热电器件,在提高催化剂活性和稳定性的同时能够将所得热能转化为电能,实现其在微型电源领域的应用。     

热电材料中自旋轨道耦合效应对电输运的影响

自旋量子效应对材料电输运性质的影响,是一个物理和材料领域的基础问题。热电材料能够实现电能和热能相互转换,其往往含有重元素,自旋轨道耦合效应对电性能的影响不容忽视。自旋轨道耦合造成的Zeeman型能带劈裂效应降低能带带边的简并度和能态密度,对热电材料的输运性质不利;而自旋熵和Rashba型自旋劈裂效应对热电性质有益,其中的Rashba自旋劈裂效应能够产生新奇的低维化电输运。拓扑绝缘体中非平庸电子结构对电输运调控提供新的方向。     

纳能源技术应用及展望

随着社会的发展,世界能源消耗的增长与资源匮乏之间的矛盾日趋尖锐,因此传统能源利用技术的革新成为备受关注的问题。纳能源技术是采用纳米材料、纳微加工等高新技术手段发展出来的一种全新的能源技术,其有可能完全突破传统的宏观尺度能源系统(如内燃机等)所面临的低能效、高污染、大体积等一系列难以克服的原理性技术困难。上海大学纳微能源研究所作为一个多学科交叉平台,利用其交叉学科的优势,提出纳米尺度热机的概念,将微机电系统(microelectromechanical systems, MEMS)技术制备的传统微型热电器件与催化燃烧相结合,在纳米尺度下催化剂将化学能高效地转化为热能,形成局部温度差,再结合热电器件,在提高催化剂活性和稳定性的同时能够将所得热能转化为电能,实现其在微型电源领域的应用。     

海洋热能及其利用

《海洋热能及其利用》一文,详细介绍了海洋热能的特点、分布和转换,对开发利用的环境问题和经济问题作了分析,同时也对我国海洋热能开发利用的前景作了描绘。氢是已被人们认为有巨大应用价值的一种新能源,而储氢问题在国际上是正在研究的新课题。     

普遍存在的"混血儿"

事实上,在多细胞动物的进化过程中,也常常出现个体间彼此交换基因片段的现象,例如杂交就在其进化中起到了非常重要的作用,它所产生的"混血儿"至今仍生活在地球上. 早在1985年,就有生物学家对此做出了预测,只不过那时没有确凿的证据.     

贮氢材料热泵

我国是一个以化石燃料为主要能源的发展中国家,年需一次能源总量超过10亿吨标准煤。由于从一次能源中直接得到的能量形式主要是热能,而热能的贮存、输送都是困难的,结果,在工业和民用领域的能源利用过程中,大量低品位热能随着废气、废水作为“废热”排放到环境中。据统计,我国目前能源利用率不到40%,单位国民生产总值的能耗为发达国家的4～5倍.与此同时,化工、医药、造纸、木材、制糖、制盐等工业和许多农副产品加工业需要大量的低温位热能,这种低温热能目前也是从燃料燃烧的高温热能中获得的。根据热力学第二定律,这种把高品位热能作     

新颖的太阳能感光材料

波士顿东北大学教授理查德E.格罗让和格雷戈里J.卡瓦尔斯奇发现北极熊的白色毛能够将光转换成热能,在某一波长,这种转换效率几乎达9(?)%。其转换效率大大高于人们在实验室或田野通过技术产生的转换效率.对其转换过程目前他们还不十分清楚。但却很有实用价值——既可以做轻便、保暖的衣服,也可     

驯服的天体之火

科学家们试图通过核聚变产生一种比太阳内部热能大得多的热能。 在核聚变时，氢原子核会熔化成为氦，因而可以产生能量。在美国新墨西哥州的试验设备“Z机”里，2000万安培的电流将头发丝般粗细的钨丝蒸发成一种等离子气体，并放射出巨大的伦琴脉冲。这种脉冲将带有“重氢”（氘）的微小球形颗粒加热，使其产生一个短时的聚变反应。作为这种反应的副效应，会在一个直径32米、高6米的水池里产生希奇古怪的光线。     

能源“核未来”是梦魇还是天堂

深空航天遭遇"能源尴尬" 在寒冷、黑暗、空寂的太空中,旅行者一号已持续飞行了36年.它越过了太阳系的所有行星,来到了距离地球180亿千米的太阳系的边缘.假若它搭载的仪器还能继续工作,我们将"追随"它进入寒冷的星际空间.那是一个虚空而神秘的世界,人类的探测器此前还从未到达过那里.从那里看太阳,太阳仅仅是天空中一颗明亮的星星而已. 离太阳那么远,太阳能电池失去了用武之地,所以旅行者一号只能依靠自己携带的能源,它是核武器制造业的副产品钚-238.这种材料在它衰变的过程中产生热能,这些热能被旅行者一号上的放射性同位素热电发电机转变成了电能,于是它便得到了持续不断的能源供应.科学家们推测,在未来10年里,旅行者一号还会向地球发回数据,直到它最终消失在没有尽头的虚空之中.     

引力崩溃：直接引发火山爆发与地震

人类有两种特大的毁灭性灾难：一种是大自然按照自己的规律在不断地发生变化，且在变化过程中会产生那些难以抗拒的毁灭性灾难，例如火山爆发、地震、海啸、强台风及星体或星体碎块与地球碰撞……所有这些都可以在瞬间把生物和财物毁灭干净。     

热驱动深度制冷循环

吸收制冷循环能利用低品位热能, 例如太阳能、地热和废热等, 具有节能和环保等一系列优点, 有着十分宽广的发展前景. 然而, 传统吸收制冷循环无法获得低的制冷温度, 这一缺陷极大地限制了吸收制冷的应用范围. 为此, 本文研究了一个综合有吸收制冷循环和压缩式自行复叠循环优点的新吸收制冷循环, 以期达到利用低品位热能获得低温的目的, 该循环采用R23 + R134a/DMF工质对. 通过新循环数学物理模型的计算表明, 在160℃发生温度下, 新循环可以获得约-62℃的制冷温度, 远低于传统基本吸收制冷循环所能获得的制冷温度. 同时, 在157℃发生温度下, 新吸收制冷系统获得了-47.3℃制冷温度, 为吸收制冷循环迄今为止获得的最低制冷温度. 理论和实验结果都证明了采用自行复叠原理的新循环能够利用低品位热能获得低的制冷温度. 新吸收制冷循环也可以为其他形式热驱动深度制冷方法提供有益的参考.