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(lái)，隨著全球環(huán)境惡化和能源危機(jī)的出現(xiàn)，人們對(duì)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(gè)方面，其中熱電制冷技術(shù)已經(jīng)在市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用，然而碲化鉍基材料在實(shí)際應(yīng)用中存在熱穩(wěn)定性問(wèn)題，且國(guó)內(nèi)在溫差發(fā)電器件和系統(tǒng)的研究起步相對(duì)較晚，導(dǎo)致碲化鉍基溫差發(fā)電器件在溫差發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用相對(duì)滯后。本論文針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)展了以下三個(gè)方面的研究工作:
　　1)考察了服役溫度和服役時(shí)

2、間對(duì)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(duì)多晶P型Bi2Te3基合金的熱電性能和機(jī)械性能影響不大。但當(dāng)服役時(shí)間超過(guò)168h后，其熱穩(wěn)定性會(huì)逐漸降低。對(duì)于區(qū)域熔煉P型Bi2Te3基合金來(lái)說(shuō)，523K退火24h對(duì)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(duì)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(shí)間延長(zhǎng)，界面間明顯的缺陷和元素?cái)U(kuò)散會(huì)導(dǎo)致TEG器件的電輸出性能衰退。厚度為8-10μm的Ni擴(kuò)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(kuò)散。Al電極容易吸收Se元素并加速Se元素的擴(kuò)散，但能阻擋其他元素(Bi、Te、Sb、Cu、Ni、I)的擴(kuò)散。
　　3)基于輻射換熱，設(shè)計(jì)和搭建千瓦級(jí)溫差發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)分析溫差發(fā)電系統(tǒng)的性能，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合度較高。當(dāng)