高含量金属氧化物水泥基复合材料Seebeck效应研究

发布时间：2018-08-19 12:10

【摘要】：碳纤维水泥基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Cement-based Composites,简称CFRC)是一种新型的功能性材料,其主要应用领域包括:低品位热能发电,大规模低成本能量收集或高效制热。目前CFRC-Seebeck系数较低,仍是导致其热电性能较差的主要原因之一,限制了CFRC在规模化能量收集或高效制热领域的应用。本文通过研究金属氧化物、球磨处理金属氧化物、球磨处理金属氧化物-膨胀石墨、高含量金属氧化物水泥基复合材料、高含量金属氧化物CFRC的Seebeck系数,最终得到CFRC-Seebeck系数的优化途径,并在模拟太阳辐照条件下,进行了CFRC能量转换收集实验。(1)通过对金属氧化物、经球磨12 h处理金属氧化物和球磨12 h处理金属氧化物-膨胀石墨复合材料Seebeck系数的研究表征,结果表明:MnO2和Ni2O3粉末的Seebeck系数为2.28 m V/℃和2.57 mV/℃,球磨12 h处理的MnO2和Ni2O3粉末Seebeck系数分别为2.57 mV/℃和21.00 m V/℃,球磨12 h处理对金属氧化物Seebeck系数有提升作用,对MnO2粉末Seebeck系数提升较小,但对Ni2O3粉末Seebeck系数提升作用显著;5.0 wt%膨胀石墨-球磨处理MnO2复合材料的Seebeck系数为13.00 mV/℃,电导率为6.70 S/cm,3.0 wt%膨胀石墨-球磨处理Ni2O3复合材料的Seebeck系数为22.00 mV/℃,电导率为7.75 S/cm。膨胀石墨对球磨处理金属氧化物(MnO2、Ni2O3)Seebeck系数影响较小,但对其电导率提升非常显著。(2)研究高含量金属氧化物水泥基复合材料和高含量金属氧化物CFRC的Seebeck系数。75 wt%金属氧化物增强水泥基复合材料增强效果依次为Ni2O3、Fe2O3、Co2O3、MnO2(Seebeck系数为59.00 mV/℃、11.50 mV/℃、2.80 mV/℃、1.90 mV/℃),60 wt%金属氧化物增强水泥基复合材料增强效果依次为Fe2O3、Co2O3、MnO2、Ni2O3(Seebeck系数为43.00 mV/℃、8.20 mV/℃、2.80 mV/℃、0.10 mV/℃);45 wt%金属氧化物增强CFRC增强效果依次为Co2O3、Ni2O3、MnO2、Fe2O3(Seebeck系数为300.00 m V/℃、86.00 mV/℃、56.00 mV/℃、13.00 mV/℃),75 wt%金属氧化物增强CFRC增强效果依次为Co2O3、Ni2O3、Fe2O3、MnO2(Seebeck系数为275.00 m V/℃、25.00 mV/℃、6.80 mV/℃、6.00 mV/℃)。金属氧化物的含量对水泥基复合材料和CFRC的Seebeck系数影响较大。金属氧化物CFRC-Seebeck系数较CFRC空白样提高3-4个数量级,相同条件相同掺量的金属氧化物对CFRC-Seebeck系数增强效果比水泥基复合材料Seebeck系数增强效果更加显著。(3)研究含1.0 wt%碳纤维CFRC的Seebeck系数、电导率和热导率,模拟太阳辐射下的能量收集实验。在27℃时,最大热电优值达到1.334×10-7。实验表征了CFRC在模拟太阳辐照条件下的能量收集过程,同时测量了输出功率和收集的能量。模拟辐照条件下CFRC表面温度可达到68℃,CFRC温差为62℃,此时平板状CFRC(面积为1 m2、厚度为20 mm)输出功率为4.0-5.0μW。当模拟太阳辐照CFRC420 min后,每平方米收集的电能为8.4×10-6J。
[Abstract]:Carbon fiber cement matrix composite (Carbon Fiber Reinforced Cement-based composites (CFRC) is a new functional material. Its main applications include low grade thermal power generation, large scale and low cost energy collection or efficient heating. At present, the low CFRC-Seebeck coefficient is still one of the main reasons for its poor thermoelectric performance, which limits the application of CFRC in the field of large-scale energy collection or efficient heating. In this paper, the Seebeck coefficients of metal oxide, ball-milled metal oxide-expanded graphite, high content metal oxide cement matrix composite, high content metal oxide CFRC were studied. Finally, the optimized path of CFRC-Seebeck coefficient was obtained, and the CFRC energy conversion experiments were carried out under simulated solar irradiation. The Seebeck coefficients of metal oxides treated by ball-milling for 12 h and metal oxide-expanded graphite composites treated with ball-milling for 12 h were characterized. The results showed that the Seebeck coefficients of w MNO 2 and Ni2O3 powders were 2.28 MV / 鈩，

本文编号：2191614