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、當今社會資源緊缺、能源浪費和環(huán)境污染現(xiàn)象日趨嚴重，溫差發(fā)電技術，這種可以實現(xiàn)熱能到電能直接轉換的綠色新能源技術迅速成為全世界的研究熱點。本文針對汽車尾氣廢熱回收寬溫域梯度溫差發(fā)電裝置中的關鍵科學與技術問題展開相關研究工作，優(yōu)化了適用于300~800 K的梯度熱電材料的制備工藝；利用納米銀膏低溫燒結技術實現(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構與成分在時效過程中的演變規(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。本文的主要創(chuàng)新性結論如下：
　　（1）提出了基于機械合金化（MA）和放電等離子燒結方法（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)值可以達到1.8，約為傳統(tǒng)商用Bi0.5Sb1.5Te3材料ZT值的1.6倍。
　　（2）設計了特定含量的Cu對Bi0.5Sb

3、1.5Te3材料進行摻雜，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材料的電導率至2×105 S/m，為無摻雜樣品最高電導率的5~10倍，同時使最高ZT值對應的溫度由無摻雜時的100℃提升至150℃，提高了Bi0.5Sb1.5Te3材料在100~200℃溫區(qū)應用的潛力。
　?。?）結合SEM、EDS、XRD和納米壓痕法對以Si-Ge體系為代表的脆性材料體系的機械合金化過程進行了分析表征，發(fā)現(xiàn)Si-Ge脆性

4、材料體系的合金化存在硬質Si粒子向Ge基體中嵌入的現(xiàn)象，同時存在Ge粒子在硬質Si粒子表面包覆的現(xiàn)象；壓痕實驗結果表明，隨著合金化程度的提高，塊體材料的彈性模量降低，相應材料的塑性變形程度提高。
　?。?）采用納米銀膏低溫燒結技術可以實現(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