富GeTe的Sb 2 Te 3 （GeTe） n 基热电材料的制备与性能研究
发布时间：2021-06-29 03:52
在新能源领域的众多应用场景里,热电材料因能将电能与热能进行直接相互转换的特性,具有独一无二的优势。尤其是中温区热电材料,因其在低品位废热发电或自驱动电子器件供能方面有广泛的应用前景而备受关注。热电材料研究的核心是提高材料的热电优值ZT以增加其在使用温区范围内的转化效率。本论文以p型中温区热电材料,富GeTe的Sb2Te3（GeTe）n为研究对象,重点关注载流子浓度对其输运性能的影响问题,通过空位工程、施主掺杂或等价掺杂等手段提升其性能表现,探索Sb2Te3（GeTe）n的特征结构与性能之间的关联性并研究其热电性能优化的物理机制。此外,本文还将Sb2Te3（GeTe）n的特征结构及其表征方法分别拓展到Sb2Te3（SnTe）n及Mn4Si7样品中,并系统的优化了其热电性能。本论文获得的主要研究成果如下:通过熔融法及放电等离子烧结法系统的制备了一系列不...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
泽贝克效应示意图
第1章绪论-3-泽贝克效应的成因可以通过导体内载流子分布随温度梯度差异而产生显著变化来说明：当没有温度梯度时，载流子在导体内部均匀分布；当存在温度梯度时，载流子在导体内部分布不均匀，即处于高温端的载流子具有较大的动能，并向低温端扩散聚集，这样使得不同温区的电中性被破坏，其中低温端的载流子数目高于高温端，从而建立一个电场，这个电场阻碍了载流子的进一步扩散，最后达到一个平衡态。1.1.2佩尔捷效应1834年，法国科学家J.C.A.Peltier发现[26]：将一滴水置于铋和镝的接点上，通以正向电流，则水结成冰，通以反向电流，冰融化成水。不难发现，佩尔捷效应是Seebeck效应的逆过程，是一种将电能转化为热能的效应，后来大家就将这一电制冷的效应称为佩尔捷效应。如图1-2所示，若在图中不同金属两段施加相应电压，则在接头处会发生吸热（放热）现象。上述现象可表示为：abqI(1-2)定义比例常数πab为Peltier系数，I为电流密度,q即功率，公式(1-2)表示连接处的放热速率和吸热速率与回路中的电流强度成正比。πab单位为WA-1，也可以用V来表示，与前述泽贝克系数一样，也是分正负的，其规定为：假设回路中的电流方向是顺时针方向，若吸热认为是正值，相反吸热的话为负值。图1-2佩尔捷效应示意图Fig.1-2ThediagramofPeltiereffectPeltier效应产生的原因是当电流流经接点时，由于两边材的料费米能级不同，电子必须克服一定的势垒，为了维持能量和电量守恒，与环境交换能量以达到新的平衡，从而表现出吸热或放热的现象。
第1章绪论-5-图1-3热电器件能量转换示意图Fig.1-3Schematicdiagramofenergyconversionofthermoelectricdevices在这个体系中，若不考虑器件界面处的热阻与电阻以及材料内的汤姆孙发热，也不考虑材料侧面散热与其他热辐射，那么提供给该体系的净热量，只能够从高温端向低温端传导，则易知，此热传导与佩尔捷传导之和等于热端吸收总热与材料自身焦耳热（电阻为R）传递到热端之和，可以表示为[28-29]，2pn1()2hchITTQIR(1-7)其中κ为材料的热导率，将式（1-4）导入可知，热端吸收的热量为2pnh1()-2hhcQTTIRSIT(1-8)若假定负载的电阻已知为R1，则图1-3中回路的电流为，1()pnhcSTTIRR(1-9)则式（1-6）可进一步分解为，212hpnh=1()-2hcPIRQTTIRSIT(1-10)
本文编号：3255673
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
泽贝克效应示意图
第1章绪论-3-泽贝克效应的成因可以通过导体内载流子分布随温度梯度差异而产生显著变化来说明：当没有温度梯度时，载流子在导体内部均匀分布；当存在温度梯度时，载流子在导体内部分布不均匀，即处于高温端的载流子具有较大的动能，并向低温端扩散聚集，这样使得不同温区的电中性被破坏，其中低温端的载流子数目高于高温端，从而建立一个电场，这个电场阻碍了载流子的进一步扩散，最后达到一个平衡态。1.1.2佩尔捷效应1834年，法国科学家J.C.A.Peltier发现[26]：将一滴水置于铋和镝的接点上，通以正向电流，则水结成冰，通以反向电流，冰融化成水。不难发现，佩尔捷效应是Seebeck效应的逆过程，是一种将电能转化为热能的效应，后来大家就将这一电制冷的效应称为佩尔捷效应。如图1-2所示，若在图中不同金属两段施加相应电压，则在接头处会发生吸热（放热）现象。上述现象可表示为：abqI(1-2)定义比例常数πab为Peltier系数，I为电流密度,q即功率，公式(1-2)表示连接处的放热速率和吸热速率与回路中的电流强度成正比。πab单位为WA-1，也可以用V来表示，与前述泽贝克系数一样，也是分正负的，其规定为：假设回路中的电流方向是顺时针方向，若吸热认为是正值，相反吸热的话为负值。图1-2佩尔捷效应示意图Fig.1-2ThediagramofPeltiereffectPeltier效应产生的原因是当电流流经接点时，由于两边材的料费米能级不同，电子必须克服一定的势垒，为了维持能量和电量守恒，与环境交换能量以达到新的平衡，从而表现出吸热或放热的现象。
第1章绪论-5-图1-3热电器件能量转换示意图Fig.1-3Schematicdiagramofenergyconversionofthermoelectricdevices在这个体系中，若不考虑器件界面处的热阻与电阻以及材料内的汤姆孙发热，也不考虑材料侧面散热与其他热辐射，那么提供给该体系的净热量，只能够从高温端向低温端传导，则易知，此热传导与佩尔捷传导之和等于热端吸收总热与材料自身焦耳热（电阻为R）传递到热端之和，可以表示为[28-29]，2pn1()2hchITTQIR(1-7)其中κ为材料的热导率，将式（1-4）导入可知，热端吸收的热量为2pnh1()-2hhcQTTIRSIT(1-8)若假定负载的电阻已知为R1，则图1-3中回路的电流为，1()pnhcSTTIRR(1-9)则式（1-6）可进一步分解为，212hpnh=1()-2hcPIRQTTIRSIT(1-10)
本文编号：3255673
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