寬溫域溫差發(fā)電裝置中梯度熱電材料與界面連接的研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)資源緊缺、能源浪費(fèi)和環(huán)境污染現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，溫差發(fā)電技術(shù)，這種可以實(shí)現(xiàn)熱能到電能直接轉(zhuǎn)換的綠色新能源技術(shù)迅速成為全世界的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)汽車尾氣廢熱回收寬溫域梯度溫差發(fā)電裝置中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題展開相關(guān)研究工作，優(yōu)化了適用于300~800 K的梯度熱電材料的制備工藝；利用納米銀膏低溫?zé)Y(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了中溫區(qū)熱電材料與銅電極，中、低溫區(qū)熱電材料相互間的良好連接，并掌握了連接界面的結(jié)構(gòu)與成分在時(shí)效過程中的演變規(guī)律；建立了適用于300~

2、680 K的梯度溫差發(fā)電單體模型，并分析了工況對(duì)溫差發(fā)電單體輸出功率等性能參數(shù)的影響。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下：
　?。?）提出了基于機(jī)械合金化（MA）和放電等離子燒結(jié)方法（SPS）制備P型Bi0.5Sb1.5Te3材料的新工藝，新工藝下獲得的Bi0.5Sb1.5Te3材料在120℃左右的無量綱熱電優(yōu)值可以達(dá)到1.8，約為傳統(tǒng)商用Bi0.5Sb1.5Te3材料ZT值的1.6倍。
　?。?）設(shè)計(jì)了特定含量的Cu對(duì)Bi0.5Sb

3、1.5Te3材料進(jìn)行摻雜，發(fā)現(xiàn)載流子濃度和缺陷濃度的上升可以大幅提升Bi0.5Sb1.5Te3材料的電導(dǎo)率至2×105 S/m，為無摻雜樣品最高電導(dǎo)率的5~10倍，同時(shí)使最高ZT值對(duì)應(yīng)的溫度由無摻雜時(shí)的100℃提升至150℃，提高了Bi0.5Sb1.5Te3材料在100~200℃溫區(qū)應(yīng)用的潛力。
　?。?）結(jié)合SEM、EDS、XRD和納米壓痕法對(duì)以Si-Ge體系為代表的脆性材料體系的機(jī)械合金化過程進(jìn)行了分析表征，發(fā)現(xiàn)Si-Ge脆性

4、材料體系的合金化存在硬質(zhì)Si粒子向Ge基體中嵌入的現(xiàn)象，同時(shí)存在Ge粒子在硬質(zhì)Si粒子表面包覆的現(xiàn)象；壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著合金化程度的提高，塊體材料的彈性模量降低，相應(yīng)材料的塑性變形程度提高。
　?。?）采用納米銀膏低溫?zé)Y(jié)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)中溫區(qū)熱電材料P型AgSbTe2/Cu電極、N型 Ag0.8Pb22.5SbTe20/Cu電極、P型 AgSbTe2/Bi0.5Sb1.5Te3以及 N型Ag0.8Pb22.5SbTe20/Bi2