Bi2Te3基熱電材料及其溫差發(fā)電器件的熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、近年來，隨著全球環(huán)境惡化和能源危機的出現(xiàn)，人們對熱電轉(zhuǎn)換材料有了更多的關(guān)注。碲化鉍基合金是目前在低溫區(qū)熱電性能最好的熱電材料，可用于熱電制冷及溫差發(fā)電兩個方面，其中熱電制冷技術(shù)已經(jīng)在市場上得到了廣泛的應用，然而碲化鉍基材料在實際應用中存在熱穩(wěn)定性問題，且國內(nèi)在溫差發(fā)電器件和系統(tǒng)的研究起步相對較晚，導致碲化鉍基溫差發(fā)電器件在溫差發(fā)電領(lǐng)域的應用相對滯后。本論文針對以上問題，開展了以下三個方面的研究工作:
　　1)考察了服役溫度和服役時

2、間對粉末冶金（多晶）和區(qū)域熔煉P型Bi2Te3基合金熱穩(wěn)定性的影響。研究表明:473K退火24h對多晶P型Bi2Te3基合金的熱電性能和機械性能影響不大。但當服役時間超過168h后，其熱穩(wěn)定性會逐漸降低。對于區(qū)域熔煉P型Bi2Te3基合金來說，523K退火24h對試樣的晶粒尺寸、晶格常數(shù)、體積和密度及熱電性能影響不大。相對而言，區(qū)域熔煉P型Bi2Te3合金的熱穩(wěn)定性比粉末冶金試樣更好，服役溫度更高。
　　2)研究了柔性Al電極連接

3、的Bi2Te3基TEG器件的服役性能。隨著服役時間延長，界面間明顯的缺陷和元素擴散會導致TEG器件的電輸出性能衰退。厚度為8-10μm的Ni擴散阻擋層不能有效阻擋Al電極與TE元件界面間元素相互擴散。Al電極容易吸收Se元素并加速Se元素的擴散，但能阻擋其他元素(Bi、Te、Sb、Cu、Ni、I)的擴散。
　　3)基于輻射換熱，設(shè)計和搭建千瓦級溫差發(fā)電系統(tǒng)，通過模擬計算和實驗分析溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能，模擬結(jié)果和實驗結(jié)果吻合度較高。當