1. 研究目的与意义(文献综述)
目前我国的能源结构还是以化石能源为主,而在化石能源的使用过程中不可避免的会产生大量的废热。以汽车为例,分析内燃机的燃油能量消耗途径可知,只有30%的能量用于驱动车辆运行,大约40%的能量以尾气废热的形式排放到大气中。大量热能的排放不仅会浪费资源还会对环境造成重大的危害。伴随着我国经济持续高速增长,化石能源的需求量日益增加,废热排放也逐步上升,环境污染也日益严峻。因此,开发利用低密度热能的温差发电技术,对我国经济的可持续发展有着重要影响。
热电材料是一种新型能源转换材料,可以利用固体的电和热的传输特性以及内部微观载流子和结构之间的相互作用,实现热能和电能之间的直接转换。热电转换技术的工作介质是自由移动的电子,相比于传统的技术而言,具有无振动、无噪音、无磨损、无工质、体积小、重量轻、安全可靠、寿命长、对环境不产生任务污染等特点。热电材料可以实现无污染的热电发电和热电制冷,对热电材料的应用可望成为一条解决环境污染和缓解能源危机的重要途径 。 目前,热电转换技术已经成功应用于众多特殊的领域(如地球外部深层空间探测器供电和便携式电制冷等);此外,热电材料初步成功应用于工业余热、汽车尾气等的废热热电发电,并体现出其潜在的巨大商用价值。如日本建立的500 w级垃圾燃烧余热发电示范系统,取得了良好的实际效果。美国已研发出大货车柴油发动机尾气废热热电发电系统,最大功率输出达1000w。武汉理工大学与青海省合作设计建造了100kw太阳能热电-光电复合发电示范系统,复合发电系统发电效率≧22%,热电器件发电效率12-15%。
理论上,热电器件的最大转换效率可以无限接近卡诺热机效率,热电优值上限zt=4,然而实际上,目前文献报道过的最大转换效率只有约10%,与传统技术相比仍然有较大差距,这也在一定程度上限制了热电材料的大规模商业化应用。热电转换效率在很大程度上是由热电性能决定的,因此进一步提高热电材料的热电性能成为现阶段研究的核心问题。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
本实验拟采用熔融退火结合pas(等离子体活化烧结)制备snse1-xtex 化合物,选取不同snte固溶量初步探索对snse1-xtex化合物的相组成、微结构及热电性能的影响,以确定最佳固溶量。系统研究na或ag元素掺杂对snse1-xtex化合物热电性能的影响规律。通过对材料相组成、微观结构的表征和热电性能的测试来探索材料组分、微结构与热电性能之间的关系,从而确定最佳配比。再采用不同热锻工艺合成最优配比化合物,探索热锻工艺对snse不同方向的热电性能影响。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,了解snse1-xtex材料的制备方法和性能,熟悉并掌握各种实验设备和测试设备的操作,撰写开题报告。
第4-6周:采用高纯原料,利用snse1-xtex 的化学式配比制样,熔融合成、淬火、退火,制备出单相的snse1-xtex 化合物。样品制备阶段,可在此期间利用空闲完成英文译。
第7-12周:利用等离子活化烧结技术,确定烧结工艺,snse1-xtexx选取不同固溶量(x=0.01~0.4),确定最佳固溶量。再选取掺杂元素(如na或ag)进行掺杂研究。采用不同热锻工艺合成最优配比化合物,探索热锻工艺对snse不同方向的热电性能影响。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] 胡平,周荣,徐达.汽车燃油经济性优化方法[j].天津汽车,2010,(3):35-38
[2] f.ioffe.semiconductorsthermoelements and thermoelectric cooling[m].interscince publishers,newyork-london,1961:110-113.
[3] sales b. c thermoelectricmaterials: smaller is cooler[j].science, 2002,295: 1248-1249.
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