文档介绍：L O G O 环境友好型硅系热电发电器件模块的研制负责人:刘洪亮导师:张忻副研究员课题小组成员:左勇、武鹏旭、李刚、黄恩帅、张飞项目摘要热电材料是一种将热能和电能直接相互转换的功能材料。 p型高锰硅( SiMn x , x=- )基热电材料和 n型 Mg 2 Si基硅系热电材料是有望成为中温区( 300~500 ℃)发电用的环境友好型热电材料。本课题选取本实验自制的高性能 SiMn x基及 Mg 2 Si基两种热电材料为基材,研制出热电发电器件模块,并系统研究硅系热电材料、电极材料及绝缘材料之间的界面状态及焊接方法对转换效率的影响,为高性能硅系热电发电器件的制备提供研究基础和依据景及研究意义 1. 能源问题推动了热电材料的研究(能源短缺) 立项背景及研究意义? 2. 能源利用率过低( 提高空间很大) 利用热电材料制作的器件可以很好地利用废弃能源,提高能源利用率。 (也称温差电材料, thermoelectric materials )是一种利用固体内部载流子运动,实现热能和电能直接相互转换的功能材料。热电效应热电效应是电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总称,包括 Seebeck 效应、 Peltier 效应和 Thomson 效应。.热电材料介绍⑴ Seebeck 效应 1823 年,德国人 Seebeck 首先发现当两种不同导体构成闭合回路时,如果两个接点的温度不同,则两接点间有电动势产生,且在回路中有电流通过,即温差电现象或 Seebeck 效应。式中 S为 seebeck 系数,它的大小和符号取决于两种材料的特性和两结点的温度。原则上讲,当载流子是电子时,冷端为负, S是负值;如果空穴是主要载流子类型,那么热端为负, S是正值。 ⑵ Peltier 效应 1834 年,法国钟表匠 Pletier 发现了 Seebeck 效应的逆效应,即电流通过两个不同导体形成的接点时,接点处会发生放热或吸热现象,称为 Peltier 效应。.热电材料介绍热电材料性能表征热电材料性能,可用无量纲优值 Z T 来描述 S: Seebeck 系数λ:热导率 k σ:电导率α 2 σ:功率因子 P Rowe D M. Handbook of Thermoelectrics. Boca Raton : CRC , 1995 2Z ? ???增加σ提高α降低λ晶体的结构化学成分能带结构 k λ=k e +k lke:电子热导率, k l:晶格热导率半导体中 k e?k l ,通过点阵缺陷提高声子散射几率 Slack 提出电子晶体声子玻璃( PEGS) 假设, 并计算了热电优值上限为 ZT ≈ 4 Slack G. A. CRC Handbook of Thermoelectrics [M], D. M. Rowe ed. CRC Press, Boca Raton, FL1995. 47 : ?合金体系 ( 300 ~400 ℃): Bi2Te3, Sb2Te3, HgTe 等及它们的固溶体; (~ 700 ℃): PbTe, Mg2Si , SbTe, Bi(SiSb2) ,TAGS (Te-Al-Ge-Ag )等; ( ≥700 ℃): CrSi2,, CoSb3 等。?氧化物体系层状金属氧化物: NaCo 2O 4, Ca 3 Co 4O 9钙钛矿复合型氧化物 RMnO 3 ,RCoO 3 ,CaTiO 3 ,SrTiO 3 透明导电氧化物( TCO ) ZnO 基,N iO基,SnO 2基,In 2O 3基耐高温抗氧化使用寿命长环境友好制备工艺简单品种多优点