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Single-and Two-band Transport Properties Crossover in Bi_(2)Te_(3)Based Thermoelectrics
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作者 MENG Yuting WANG Xuemei +2 位作者 ZHANG Shuxian CHEN Zhiwei PEI Yanzhong 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1283-1291,共9页
Based on Peltier effect,Bi_(2)Te_(3)-based alloy is widely used in commercial solid-state refrigeration at room temperature.The mainstream strategies for enhancing room-temperature thermoelectric performance in Bi_(2)... Based on Peltier effect,Bi_(2)Te_(3)-based alloy is widely used in commercial solid-state refrigeration at room temperature.The mainstream strategies for enhancing room-temperature thermoelectric performance in Bi_(2)Te_(3)focus on band and microstructure engineering.However,a clear understanding of the modulation of band structure and scattering through such engineering remains still challenging,because the minority carriers compensate partially the overall transport properties for the narrow-gap Bi_(2)Te_(3)at room temperature(known as the bipolar effect).The purpose of this work is to model the transport properties near and far away from the bipolar effect region for Bi_(2)Te_(3)-based thermoelectric material by a two-band model taking contributions of both majority and minority carriers into account.This is endowed by shifting the Fermi level from the conduction band to the valence band during the modeling.A large amount of data of Bi_(2)Te_(3)-based materials is collected from various studies for the comparison between experimental and predicted properties.The fundamental parameters,such as the density of states effective masses and deformation potential coefficients,of Bi_(2)Te_(3)-based materials are quantified.The analysis can help find out the impact factors(e.g.the mobility ratio between conduction and valence bands)for the improvement of thermoelectric properties for Bi_(2)Te_(3)-based alloys.This work provides a convenient tool for analyzing and predicting the transport performance even in the presence of bipolar effect,which can facilitate the development of the narrow-gap thermoelectric semiconductors. 展开更多
关键词 thermoelectric material Bi_(2)Te_(3)-based alloy two-band model narrow-gap thermoelectric semiconductor
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Synthesis and thermoelectric properties of Mg_2Si_(1-x)Sn_x solid solutions by microwave irradiation 被引量:4
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作者 周书才 白晨光 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第9期2421-2424,共4页
In order to reduce the oxidizing and volatilizing caused by Mg element in the traditional methods for synthesizing Mg2Sil-xSnx (x=0.2, 0.4, 0.6, 0.8) solid solutions, microwave irradiation techniques were used in pr... In order to reduce the oxidizing and volatilizing caused by Mg element in the traditional methods for synthesizing Mg2Sil-xSnx (x=0.2, 0.4, 0.6, 0.8) solid solutions, microwave irradiation techniques were used in preparing them as thermoelectric materials. Structure and phase composition of the obtained materials were investigated by X-ray diffraction (XRD). The electrical conductivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity were measured as a function of temperature from 300 to 750 K. It is found that Mg2Si1-xSnx solid solutions are well formed with excessive content of 5% (molar fraction) Mg from the stoichiometric MgESil.xSnx under microwave irradiation. A maximum dimensionless figure of merit, ZT, of about 0.26 is obtained for Mg2Si1-xSnx solid solutions at about 500 K for x=0.6. 展开更多
关键词 Mg2Si1-xSnx thermoelectric material solid solution microwave synthesis
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基于DBU去掺杂的PEDOT:PSS薄膜结构及热电性能研究
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作者 杨长安 徐彭辉 张荔 《功能材料》 北大核心 2025年第7期7113-7118,7174,共7页
聚(3,4-二氧乙撑噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)由于其商业化、高水溶性、低热导率和高柔性的特点使其在柔性热电薄膜领域中扮演重要角色。然而PEDOT:PSS中的绝缘PSS和高氧化态导电PEDOT导致其电导率和塞贝克系数较低。利用二甲基亚砜(D... 聚(3,4-二氧乙撑噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)由于其商业化、高水溶性、低热导率和高柔性的特点使其在柔性热电薄膜领域中扮演重要角色。然而PEDOT:PSS中的绝缘PSS和高氧化态导电PEDOT导致其电导率和塞贝克系数较低。利用二甲基亚砜(DMSO)进行二次掺杂去除部分绝缘PSS,使导电PEDOT分子链的有序排列,进而优化PEDOT:PSS薄膜的微观结构,同时结合给电子试剂1,8-二氮杂二环[5,4,0]十一碳-7-烯(DBU)进行去掺杂,实现了PEDOT氧化水平的调控。最终PEDOT:PSS柔性热电薄膜的室温功率因子最高可达48.17μW m^(-1)K^(-2)。此外,经过DMSO和DBU化学处理后的PEDOT:PSS薄膜,其变温热电输运行为符合Mott变程跃迁模型,说明其载流子的传输以热激发的无规则运动为主。研究为开发高性能的有机PEDOT:PSS热电材料提供了新思路。 展开更多
关键词 PEDOT:PSS 热电材料 柔性薄膜 去掺杂 氧化水平
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新型单层双面材料X TeSe(X=Zr/Hf)的热电输运特性
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作者 刘远超 关斌 +2 位作者 李梓硕 李耑 钟建斌 《兰州理工大学学报》 北大核心 2025年第4期22-32,共11页
结合密度泛函理论(DFT)和玻尔兹曼输运方程(BTE),利用第一性原理研究了新型单层双面材料ZrTeSe和HfTeSe的热电输运特性.结果表明:单层ZrTeSe和HfTeSe在300 K时的晶格热导率分别为0.004、1.71 W/(m·K),且随温度的升高而降低;从各声... 结合密度泛函理论(DFT)和玻尔兹曼输运方程(BTE),利用第一性原理研究了新型单层双面材料ZrTeSe和HfTeSe的热电输运特性.结果表明:单层ZrTeSe和HfTeSe在300 K时的晶格热导率分别为0.004、1.71 W/(m·K),且随温度的升高而降低;从各声子支对总热导率的贡献来看,纵向声学支LA对热导率起主要作用;声-光学支之间强的散射作用导致其具有较低的晶格热导率.单层ZrTeSe和HfTeSe在2种载流子(p-type和n-type)掺杂下的ZT值都出现了峰值(300 K时最大),在p型掺杂下二者的最高ZT值分别为1.82及1.22,在n型掺杂下二者的最高ZT值分别为0.82和0.90. 展开更多
关键词 单层双面材料 第一性原理 热输运特性 热电优值
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基于碲化铋的热电制冷器瞬态制冷规律研究 被引量:1
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作者 杨士冠 陈树权 +6 位作者 王剑 何俊松 程林 翟立军 刘虹霞 张艳 孙志刚 《材料导报》 北大核心 2025年第6期31-36,共6页
提出了一种基于相变材料和脉冲电流来提高热电制冷器瞬态制冷温度的方案。制冷器的散热端设计为翅鞘结构,内部填充相变材料,并且底部带有孔洞,相变材料吸热融化后从底部流出,通过程序控制向散热器中添加相变材料使热电制冷器可以持续工... 提出了一种基于相变材料和脉冲电流来提高热电制冷器瞬态制冷温度的方案。制冷器的散热端设计为翅鞘结构,内部填充相变材料,并且底部带有孔洞,相变材料吸热融化后从底部流出,通过程序控制向散热器中添加相变材料使热电制冷器可以持续工作。建立了热电制冷器件的三维传热模型,研究了脉冲电流的波形、脉冲宽度、脉冲比以及有无相变材料对热电制冷性能的影响。结果表明,在无相变材料的条件下,与恒定电流相比,脉冲电流使热电制冷器达到更低的制冷温度,冷端最低温度从-6.30℃显著降低到-14.01℃。有相变材料时,冷端最低温度从-14.01℃进一步降低到-17.74℃,过冷面积增大了48.43%。研究表明,方形脉冲具有最优的制冷温度和过冷面积。当方形脉冲宽度为26 s、脉冲比为2.5时,冷端最低制冷温度可以达到-17.74℃。当脉冲比进一步增大时,由于冷热侧温差增大,热电制冷器的制冷温度进一步降低。当脉冲宽度增大时,过冷面积变大,制冷温度和制冷系数都会降低。 展开更多
关键词 脉冲电流 相变材料 热电制冷器 COMSOL Multiphysics
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热虹吸优化相变-热电系统传热性能研究
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作者 孙浩焱 王琴 +3 位作者 王元元 刘安邦 俞晓晓 吴子华 《计量学报》 北大核心 2025年第4期505-510,共6页
为克服相变材料(PCM)传热性能较差的缺点,通过传热强化技术来提升热能利用效率。利用热虹吸管(TS)内部工作介质的相变过程实现高于金属的导热性能。将热虹吸管引入PCM-TEG耦合系统来提高热能利用率。实验对比研究了热虹吸管的传热段比... 为克服相变材料(PCM)传热性能较差的缺点,通过传热强化技术来提升热能利用效率。利用热虹吸管(TS)内部工作介质的相变过程实现高于金属的导热性能。将热虹吸管引入PCM-TEG耦合系统来提高热能利用率。实验对比研究了热虹吸管的传热段比例(4∶2∶4和3∶3∶3两种情况)与冷却条件(自然冷却模式与水冷模式)对PCM-TS-TEG耦合系统发电性能的影响。研究结果表明:在自然冷却模式下,当热管传热段比例为4∶2∶4时,热管两端的轴向温差为20.91℃,相较于3∶3∶3的工况减小了7.45℃,表现出更好的传热性能。并且在此传热段比例条件下PCM-TS-TEG耦合系统在PCM相变期间输出电能更佳,累计输出86.44 J。在实验结果的基础上,进一步研究了水冷模式对系统发电性能的影响,发现当水冷流速为16 r/min时,系统的发电量最高,输出电能为410.28 J。 展开更多
关键词 热学计量 传热性能 热虹吸管 相变材料 热电器件 热电转换 热能存储
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耦合热电模块和水冷换热器的光伏热电系统性能分析及优化
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作者 臧宁波 李鹏 +3 位作者 周畅 程君艳 赵文升 马小丽 《太阳能学报》 北大核心 2025年第5期398-409,共12页
为减少建筑行业CO_(2)排放和日常空调制冷剂的使用,该文提出一种创新性的建筑光伏热电空调系统设计方案,该系统靠光伏组件发电来驱动,光伏组件产生的电流为直流电,可直接供热电模块使用,系统简单,发电即发即用,发电效率高,其光伏组件可... 为减少建筑行业CO_(2)排放和日常空调制冷剂的使用,该文提出一种创新性的建筑光伏热电空调系统设计方案,该系统靠光伏组件发电来驱动,光伏组件产生的电流为直流电,可直接供热电模块使用,系统简单,发电即发即用,发电效率高,其光伏组件可置于外墙南侧,倾角28°33°。该系统具有制冷和供热两种模式,新系统将封装相变材料(PCM)作为储热器,可将制冷模式下高密度余热通过水冷系统充分利用,大大提高制冷模式下的总性能。该文对新系统的热电模块和水冷换热器进行性能模拟,确定了在不同条件下的最优热电模块及水冷换热器模型。该文提出的热电模块模型与Melcor软件的热电冷却模块计算相匹配;制冷模式下,在给定工作温度(热端温度Th=45℃、冷端温度Tc=17℃)和几何参数(G=0.282),当制冷功率Qc=200 W时,最佳电流I=4.62,δ_(COP)=1.01及热电偶数量N=873;该水冷换热器在槽高0.08 m、肋片11片、水流速0.6 m/s时,总热阻最优,为7.65×10^(-4)K/W,总压损最低,为1 kPa。 展开更多
关键词 热电模块 相变材料 余热回收 热电空调系统 水冷换热器
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NiCu/ZnO异质结光热电催化剂用于高效析氢反应
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作者 靳浩东 刘青青 +4 位作者 师朝阳 魏丹阳 于杰 徐旭辉 徐明丽 《无机化学学报》 北大核心 2025年第6期1068-1082,共15页
通过溶剂热-电沉积法成功制备了一种具有丰富活性位点的镍铜合金/氧化锌/泡沫镍(NiCu/ZnO/NF)异质界面结构复合催化剂,并对其形貌结构、物相构成、析氢反应(HER)性能、光热性能和全解水性能进行了测试和分析。研究表明:NiCu/ZnO/NF具有... 通过溶剂热-电沉积法成功制备了一种具有丰富活性位点的镍铜合金/氧化锌/泡沫镍(NiCu/ZnO/NF)异质界面结构复合催化剂,并对其形貌结构、物相构成、析氢反应(HER)性能、光热性能和全解水性能进行了测试和分析。研究表明:NiCu/ZnO/NF具有优异的HER催化性能,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下所需的过电位仅为25 mV。高效的催化活性可能是由于NiCu/ZnO异质界面结构的协同效应加快了电子转移速率和优化了HER过程。此外,NiCu/ZnO/NF还表现出了优异的光热转换性能,在光照条件下其HER过电位显著降低,在10 mA·cm^(-2)的电流密度下过电位降低至8 mV。此外,将NiCu/ZnO/NF集成到自设计的电解槽-热电装置进行全解水反应,其在50 mA·cm^(-2)电流密度时的槽电压低至0.88 V。 展开更多
关键词 电催化剂 NiCu/ZnO复合材料 异质界面 析氢反应 电解水 集成热电装置
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Bi_(2)Te_(3)基热电材料中的载流子工程
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作者 马俊杰 刘志愿 +4 位作者 马妮 李周 巴倩 管希成 夏爱林 《功能材料》 北大核心 2025年第3期3095-3105,共11页
Bi_(2)Te_(3)合金因其较窄带隙和独特的层状晶体结构而具有较高的塞贝克系数和较低的热导率,在低温区热电材料中备受关注。然而由Bi_(2)Te_(3)基合金制造的热电发电或制冷器件转化效率仍较低,因此进一步提升Bi_(2)Te_(3)基材料的无量纲... Bi_(2)Te_(3)合金因其较窄带隙和独特的层状晶体结构而具有较高的塞贝克系数和较低的热导率,在低温区热电材料中备受关注。然而由Bi_(2)Te_(3)基合金制造的热电发电或制冷器件转化效率仍较低,因此进一步提升Bi_(2)Te_(3)基材料的无量纲热电优值zT是关键。通过纳米改性、超晶格结构、纳米复合、掺杂和引入位错阵列等声子工程可以显著降低Bi_(2)Te_(3)基材料的热导率,优化热输运性能从而显著提高其zT值。然而,电输运性能并没有明显的优化。载流子工程是协同优化Bi_(2)Te_(3)基材料电和热输运性能的重要手段之一。主要综述了近年来通过能带工程、载流子能量过滤效应、载流子迁移率和浓度优化等载流子工程提升Bi_(2)Te_(3)基材料电输运性能的主要研究进展。这些载流子工程策略是提高热电材料性能的重要手段,为开发高效热电材料提供了新的研究思路。 展开更多
关键词 Bi_(2)Te_(3)基热电材料 能带工程 载流子迁移率 载流子浓度 热电性能
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凝胶基柔性离子热电材料研究进展 被引量:1
10
作者 刘凯阳 李国显 +2 位作者 胡永鹏 孟垂舟 郭士杰 《功能材料》 北大核心 2025年第1期1050-1063,共14页
近年来,具有超高离子塞贝克系数的离子热电器件(ionic thermoelectric,iTE)受到广泛关注。与电子型热电器件不同,iTE以离子作为电荷载体,其中离子导电凝胶因其出色的TE特性和柔性可拉伸性,展现出巨大的发展潜力。综述了凝胶基iTE材料的... 近年来,具有超高离子塞贝克系数的离子热电器件(ionic thermoelectric,iTE)受到广泛关注。与电子型热电器件不同,iTE以离子作为电荷载体,其中离子导电凝胶因其出色的TE特性和柔性可拉伸性,展现出巨大的发展潜力。综述了凝胶基iTE材料的研究现状。通过考察iTE的两种主要的工作机理,即离子扩散效应和温差电池效应,对影响凝胶基iTE材料热电性能的因素进行了深入分析。介绍了目前凝胶基离子热电材料的性能调控策略,同时对凝胶基离子热电材料的应用方式进行了阐述,探讨了离子热电材料进一步发展所面临的挑战。通过关注离子热电材料的最新创新成果,期望能为凝胶基离子热电材料的未来发展提供有价值的参考。 展开更多
关键词 离子热电材料 凝胶 热扩散效应 热原电池效应 低品位热能
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氢气、氮气下退火对Sb_(2)Te_(3)热电性能的影响
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作者 李美玲 王志帅 +2 位作者 仲德晗 庞超 孙乃坤 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第2期51-56,66,共7页
Sb_(2)Te_(3)基合金机械加工性差,在热电器件中应用时需先粉碎,然后烧结成微米级尺寸的热电单元。针对常压烧结过程中Sb_(2)Te_(3)的挥发及氧化问题,本文提出一种在H_(2)、N_(2)气氛下退火热处理制备高性能Sb_(2)Te_(3)块体材料的新方... Sb_(2)Te_(3)基合金机械加工性差,在热电器件中应用时需先粉碎,然后烧结成微米级尺寸的热电单元。针对常压烧结过程中Sb_(2)Te_(3)的挥发及氧化问题,本文提出一种在H_(2)、N_(2)气氛下退火热处理制备高性能Sb_(2)Te_(3)块体材料的新方法。首先将商业化的Sb_(2)Te_(3)母合金颗粒破碎,冷压成型后放入自制的高气压热处理装置,在550℃、18~52 MPa的高氢、氮压下烧结12 h。通过X射线衍射(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)表征样品的结构及微结构,并通过差示扫描量热法(DSC)和热重(TG)分析样品在升温过程中的相变及质量变化。结果表明:H_(2)、N_(2)气氛下退火既可有效地抑制Te的挥发和Sb的氧化,改善微结构,也能够将少量的H或N原子引入到Sb_(2)Te_(3)的晶格中。退火处理的Sb_(2)Te_(3)块体在室温下表现出良好的热电性能,如1.4~2.0 W/(m·K)的低热导率和2250~2733 S/cm的高电导率。较低的热导率主要归因于晶格间隙中掺入H或N原子导致声子散射的增强。18 MPa氮气退火下的Sb_(2)Te_(3)的室温热导率约为2 W/(m·K),并具有最大的的室温功率因子(2301μW/(m·K^(2))),该值与单晶Sb_(2)Te_(3)的功率因子相近(2400μW/(m·K^(2)))。 展开更多
关键词 热电材料 Sb_(2)Te_(3) 退火 热导率 电导率 热电优值
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Bi_(2)Te_(3)基材料热电性能优化策略
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作者 巴倩 刘志愿 +4 位作者 李周 马妮 马俊杰 管希成 夏爱林 《材料导报》 北大核心 2025年第15期177-186,共10页
Bi_(2)Te_(3)基材料因其特殊的晶体结构和能带结构,具有较低的热导率和较高的泽贝克系数及载流子迁移率,是当前公认最好的近室温热电材料,在热电制冷领域有重要应用。然而,作为热电器件核心部件的Bi_(2)Te_(3)基材料的无量纲热电优值zT... Bi_(2)Te_(3)基材料因其特殊的晶体结构和能带结构,具有较低的热导率和较高的泽贝克系数及载流子迁移率,是当前公认最好的近室温热电材料,在热电制冷领域有重要应用。然而,作为热电器件核心部件的Bi_(2)Te_(3)基材料的无量纲热电优值zT仍较低,导致器件的转换效率较低。因此,进一步提升Bi_(2)Te_(3)基材料的zT值仍是关键。本文主要综述了近年来通过载流子工程、能带工程、纳米工程等策略优化Bi_(2)Te_(3)基材料电、热输运性能的主要研究进展。通过这些策略可以协同调控电和热输运性能,显著提升Bi_(2)Te_(3)基材料的zT值,为开发高效热电材料提供新的研究思路。 展开更多
关键词 Bi_(2)Te_(3)基热电材料 电性能 热性能 优化策略
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SnX(X=S,Se)/P3HT复合薄膜的制备及其热电应用
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作者 张继云 吴庆港 +3 位作者 查柯宇 李继青 海杰峰 陆振欢 《精细化工》 北大核心 2025年第1期78-85,共8页
将SnS纳米带或SnSe纳米片与聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)复合制备了两类无机/有机复合薄膜SnS/P3HT和SnSe/P3HT。采用XRD、SEM、EDS和Raman光谱对其进行了表征,考察了SnS或SnSe含量(以P3HT质量为基准,下同)对SnS/P3HT或SnSe/P3HT电导... 将SnS纳米带或SnSe纳米片与聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)复合制备了两类无机/有机复合薄膜SnS/P3HT和SnSe/P3HT。采用XRD、SEM、EDS和Raman光谱对其进行了表征,考察了SnS或SnSe含量(以P3HT质量为基准,下同)对SnS/P3HT或SnSe/P3HT电导率、塞贝克系数和功率因子的影响,评价了SnS/P3HT复合薄膜在柔性热电器件中的应用。结果表明,SnS纳米带或SnSe纳米片与P3HT的复合均为物理混合。SnS(4%)/P3HT(SnS含量为4%)的功率因子最大,为3.33μW/(m·K^(2)),比P3HT薄膜〔2.80μW/(m·K^(2))〕提高了18.9%;SnSe纳米片在SnSe/P3HT中的分散性差,其团聚程度随SnSe含量的增加而增强,导致其电导率大幅度降低,未能提高功率因子。SnS(4%)/P3HT的柔性热电器件在外负载电阻为1.5 kΩ时的最大输出功率为16.7 nW;当弯曲半径为4 mm时,SnS(4%)/P3HT复合薄膜经过1000次的弯曲循环后,其电阻相对偏差值为23.15%。 展开更多
关键词 热电材料 SNS SnSe 聚(3-己基噻吩-2 5-二基) 复合薄膜 功能材料
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Half-Heusler热电材料Hf-Ti-Sb三元系773 K等温截面测定
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作者 张玉碧 杨晓亮 +2 位作者 张以恒 陈丹 杨阳 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第8期2803-2810,共8页
Hf-Ti-Sb三元系包含高熔点金属Hf、Ti与低熔点易挥发金属Sb,其三元相图至今尚未被完整测定。本文采用焊接密封方法制备Hf-Ti-Sb三元扩散偶,并在773 K等温退火14 d,获得扩散充分且组织完整的扩散层。通过电子探针(EPMA)与X射线衍射(XRD)... Hf-Ti-Sb三元系包含高熔点金属Hf、Ti与低熔点易挥发金属Sb,其三元相图至今尚未被完整测定。本文采用焊接密封方法制备Hf-Ti-Sb三元扩散偶,并在773 K等温退火14 d,获得扩散充分且组织完整的扩散层。通过电子探针(EPMA)与X射线衍射(XRD)分析,发现了(α(Hf),α(Ti))、(Sb)两个固溶体和七个具有一定固溶度的二元化合物:(TiHf)_(3)Sb、(HfTi)_(3)Sb、(TiHf)_(2)Sb、(TiHf)_(11-x)Sb_(8-y)、(TiHf)Sb、(HfTi)Sb和(Hf,Ti)Sb_(2),没有发现三元化合物;本实验首次认定了773 K下化合物(HfTi)_(3)Sb的存在。基于以上结果,完整构建了Hf-Ti-Sb三元系在773 K的等温截面相图,该相图包含9个单相区、14个两相平衡区和6个三相平衡区。本研究为Hf-Ti-Sb三元系的相平衡研究及Half-Heusler热电材料的开发提供了重要的实验依据。 展开更多
关键词 Half-Heusler热电材料 Hf-Ti-Sb三元系 扩散偶 等温截面
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高择优取向P型Bi_(2)Te_(3)基材料制备及性能
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作者 苏紫珊 蔡新志 +2 位作者 熊平尚 童培云 朱刘 《粉末冶金技术》 北大核心 2025年第1期79-85,共7页
以Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)+3%Te(质量分数)熔炼晶棒为原料,利用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼技术制备出取向性非常好的合金铸锭,将合金铸锭锤磨破碎筛分,得到P型Bi_(2)Te_(3)基合金粉体,采用真空热压烧结技术制备沿(00l)晶面择优取向的P型Bi_(2... 以Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_(3)+3%Te(质量分数)熔炼晶棒为原料,利用水冷铜坩埚磁悬浮熔炼技术制备出取向性非常好的合金铸锭,将合金铸锭锤磨破碎筛分,得到P型Bi_(2)Te_(3)基合金粉体,采用真空热压烧结技术制备沿(00l)晶面择优取向的P型Bi_(2)Te_(3)基热电材料,研究铸锭、合金粉体和热压烧结块体的微观形貌和择优取向,以及粉体粒径对烧结块体电性能的影响。结果表明,经过急冷破碎筛分后的粉体沿(00l)晶面具有高择优取向。使用100~200目粒度的粉体在500℃、40 MPa烧结条件下制备样品,其功率因子达到44.5μW·cm^(−1)·K^(−2),可切割厚度为0.3 mm的薄片,合格率超过90%。与区熔N型匹配常规127对4 cm×4 cm半导体致冷器,型号为TEC1-12706器件的最大温差可达70℃,为高性能Bi_(2)Te_(3)基热电材料制备提供了方向。 展开更多
关键词 Bi_(2)Te_(3) 择优取向 磁悬浮熔炼 水冷铜 热电材料
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Bi和Ag掺杂对SnTe热电性能的影响 被引量:2
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作者 高磊 杨欣月 +3 位作者 李文浩 王家宁 刘瑞秀 郑树启 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2024年第3期526-533,共8页
SnTe的晶体结构和能带结构与中温区性能最好的热电材料PbTe相似,因此作为PbTe的替代品被广泛研究。减小SnTe的轻重价带能量差和扩大带隙是优化SnTe热电性能的有效手段。本文通过Bi和Ag共同掺杂SnTe,使轻重价带能量差有效减小,带隙明显增... SnTe的晶体结构和能带结构与中温区性能最好的热电材料PbTe相似,因此作为PbTe的替代品被广泛研究。减小SnTe的轻重价带能量差和扩大带隙是优化SnTe热电性能的有效手段。本文通过Bi和Ag共同掺杂SnTe,使轻重价带能量差有效减小,带隙明显增大,获得了电运输性质提高的Sn_(1-2x)Bi_(x)Ag_(x)Te(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)样品。掺杂量x=0.03和0.04的Sn_(1-2x)Bi_(x)Ag_(x)Te样品相较于未掺杂的SnTe功率因数均有明显提升,其中,Sn_(0.94)Bi_(0.03)Ag_(0.03)Te样品的最大功率因子为15.34μW·cm^(-1)·K^(-2),与未掺杂的SnTe相比,提升了12.9%。Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的最大功率因子为14.53μW·cm^(-1)·K^(-2)。同时,Bi和Ag共掺降低了SnTe的热导率,本研究得到Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的总热导率明显低于未掺杂的SnTe,并且所有样品热导率都随温度升高而逐渐降低。在823 K时,Sn_(0.92)Bi_(0.04)Ag_(0.04)Te样品的总热导率降低为3.073 W·m^(-1)·K^(-1),其ZT值提升到了0.387。可见,对于提高SnTe热电性能,Bi和Ag共掺是一种有效策略。 展开更多
关键词 热电材料 SnTe 热电性能 能带工程 第一性原理 掺杂
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电臂尺寸和安装条件对热电模块力学性能的影响
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作者 孟凡凯 周林 +1 位作者 孙悦桐 刘寅 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期124-135,共12页
针对热电制冷模块中热电臂尺寸对模块整体热应力场的影响,以C-31106型热电制冷模块为研究对象,建立由31对热电偶组成的热-电-力学耦合多物理场模型.采用有限元仿真方法,考虑钎料层的存在并引入表征黏塑性材料的Anand修正本构方程,建立3... 针对热电制冷模块中热电臂尺寸对模块整体热应力场的影响,以C-31106型热电制冷模块为研究对象,建立由31对热电偶组成的热-电-力学耦合多物理场模型.采用有限元仿真方法,考虑钎料层的存在并引入表征黏塑性材料的Anand修正本构方程,建立3种安装条件下的热电模型,分析不同电流下热电臂高度和截面边长对热电模块温度场和力学性能的影响规律.结果表明,当热电臂处于最佳高度时,在给定范围内热电臂截面边长越大,越有利于提高热电模块力学可靠性,当工作电流为2.6 A,截面边长从0.99 mm增加到1.09 mm时,冷、热端的最大von Mises应力分别减小了74.67%和22.60%.对模块冷端和热端分别采用固定约束和机械压装的安装方式可有效提高热电模块的力学可靠性,当采用上述安装方式时,冷、热端的最大von Mises应力相比两端只采用固定约束的安装方式分别减小了48.76%和74.02%. 展开更多
关键词 热电制冷 制冷器 安装条件 黏塑性材料 热-电-力学耦合 有限元法
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能带优化和载流子调控改善SnTe的热电性能 被引量:2
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作者 陈浩 樊文浩 +1 位作者 安德成 陈少平 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期306-312,共7页
作为ⅣA族碲化物,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和相似的双价带结构,是一种非常有前途的热电材料,但高温软化和低温热电性能差等问题阻碍了其进一步推广应用。因此,提升SnTe的平均热电优值,拓宽服役区间,有重要的研究意义。能带工程和... 作为ⅣA族碲化物,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构和相似的双价带结构,是一种非常有前途的热电材料,但高温软化和低温热电性能差等问题阻碍了其进一步推广应用。因此,提升SnTe的平均热电优值,拓宽服役区间,有重要的研究意义。能带工程和晶格工程可同时优化功率因子和晶格热导率,提升SnTe的热电性能。本研究采用MgSe合金化策略,通过熔炼和放电等离子烧结(SPS)的方法制备了一系列Sn1-yPbyTe-x%MgSe(0.01≤y≤0.05,0≤x≤6)样品。研究发现,合金化MgSe可增大能带带隙,有效抑制本征SnTe在高温段的双极扩散,使高温Seebeck系数得到提升,同时声子散射降低了体系晶格热导率,使高温热电性能(873 K)提升了100%;掺杂Pb元素可有效调制载流子浓度抑制电子热导率,从而提升SnTe平均热电性能。其中,Sn0.96Pb0.04Te-4%MgSe样品在873 K的ZT为1.5,423~873 K的平均ZT达到0.8,得到了比文献更优异的结果。 展开更多
关键词 热电材料 载流子调制 合金化 能带工程 SnTe
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基于热电效应与相变耦合的锂离子电池热管理数值研究 被引量:3
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作者 陈凯盛 周涛涛 +1 位作者 吴志根 陆威 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期23-27,共5页
温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。为进一步强化系统散热性能,通... 温度对锂离子电池工作性能影响巨大,需要增设热管理系统对电池在高温工况下散热。文中建立了一种基于热电效应和相变材料耦合的电池热管理系统,采用半导体制冷片冷端直接为电池制冷,热端采用相变材料散热。为进一步强化系统散热性能,通过数值模拟的方法探究半导体制冷片及相变材料对电池散热的影响。结果表明:半导体制冷片在高工作电流下,其制冷效果突出,但存在电池内部温差过大、相变材料短时间失效等问题难以在电池放电全程维持其合适工作温度,可应用于紧急情况下为电池迅速散热。当制冷片在低工作电流下工作时,制冷片输入工作电流为0.4—0.6 A,相比电池无热管理系统下的平均温度,电池最高平均温度降低约45℃,电池在放电全程散热效果显著,且电池内部最大温差小于5℃,均匀性良好。相变材料的熔点及潜热值大小对热管理系统散热性能也起到了重要作用。 展开更多
关键词 热电效应 锂离子电池 热管理 相变材料 数值分析
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基于准稳态法的热电材料变物性参数表征测量方法 被引量:1
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作者 任鸿睿 何海龙 +2 位作者 纽春萍 荣命哲 田昊洋 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第17期5311-5320,共10页
温差发电技术能够实现热能到电能的直接转换,在余热利用、航天器供电和自供电传感器等领域具有广泛应用,其核心之一是用于实现热-电转换的热电材料。热电材料物性参数的表征在热电器件应用、优化设计、故障诊断等研究中有重要意义。目... 温差发电技术能够实现热能到电能的直接转换,在余热利用、航天器供电和自供电传感器等领域具有广泛应用,其核心之一是用于实现热-电转换的热电材料。热电材料物性参数的表征在热电器件应用、优化设计、故障诊断等研究中有重要意义。目前大多数热电材料物性参数表征方法认为材料的热电参数为常数,忽视了热电参数与温度非线性相关,且没有全面考虑器件中的接触电阻和热阻。该文提出一种基于准稳态法和热电器件测试装置的热电材料变物性参数表征测量方法:首先提出准稳态法对材料物性参数的表征计算方法,通过仿真验证了该方法的正确性;在此基础上,结合热电器件测试装置,采用实验对热电材料进行了变物性参数表征,结果表明,测试结果与厂家参数的最大误差仅为4.3%,能够实现对热电参数的准确表征。该方法实现了在更宽的温度范围内对热电材料物理参数的准确表征,丰富了热电器件测试装置的功能,能够降低材料测试装置的设备投入和测试成本。 展开更多
关键词 热电材料 变物性参数 稳态法 准稳态法 热电器件测试装置
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