TEC发射极W/TiN/SiC界面热稳定性及欧姆接触机理
发布时间：2021-03-11 11:29
能源危机和环境问题是当今世界面临的两大难题。有效利用人类生产生活产生的废热及提高传统发电厂的发电效率是解决这两大难题的有效途径。新型微间隙热离子能量转换器（TEC）可以直接利用低质废热实现热电转换,而且可以与常规火电站耦合,提高发电厂的整体效率,具有广阔的应用前景。实际服役过程中,热离子能量转换器的发射极处于燃烧气氛中,不可避免地产生氧化,进而分层、剥落,影响系统的稳定性能。如果采用Si C高温抗氧化涂层对发射极进行表面保护,又会发生严重的界面反应。基于此,本论文在发射极W和Si C之间引入扩散阻挡层,阻止界面反应,成功开发出高温稳定的发射极结构,探讨了发射极结构W/Si C在有无扩散阻挡层的高温界面稳定性能,并针对发射极的欧姆接触特性进行了实验和第一性原理计算,确定了界面原子结构,明晰了欧姆接触形成机制,进行了如下研究:研究了Ti N薄膜的高温裂纹形成机制。由于薄膜厚度较厚,磁控溅射法制备Ti N薄膜时轰击Si C基底的原子能量很大,导致薄膜应变能起主导作用,使Ti N薄膜主要呈（111）晶面取向。提高薄膜退火温度,Ti N薄膜的结晶性变好,（111）晶面衍射强度变大,同时晶粒尺寸变...
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
世界能源消耗图[7]
第1章绪论-3-对于提高热离子能量转换器效率，实现热离子能量转换器微型化具有重要的科学意义。1.2热离子能量转换器的工作原理及研究现状1.2.1热离子能量转换器的工作原理当热离子能量转换器发射极被加热到高温，表面的一些电子可以吸收到足够的能量以克服功函数势垒，从发射极逸出，穿过两极间的真空间隙，在接收极聚集，然后通过负载流到发射极，进行做功，如图1-2所示[17]。根据Richardson-Dushmann公式[29]，净电流为发射极和接收极电流的差值，即：（1-1）式中——热离子能量转换器的净电流密度；——发射极的电流密度；——接收极的电流密度；——发射极的温度；——接收极的温度；——发射极的功函数；——接收极的功函数；——发射极空间电荷形成的能量势垒；——接收极空间电荷形成的能量势垒；——材料的特征Richardson-Dushmann常数。图1-2TEC的工作原理示意图[17]Fig.1-2SchematicofworkingprincipleofTEC
第1章绪论-7-图1-3TEC中各能量密度随两极间距离的变化[35]Fig.1-3Thetotalenergyflux,theheattransferthroughpropagatingandevanescentwaves,themaximumoutputpowerperunitarea,andtheheattransferredbythermionicallyemittedelectronsasafunctionofinterelectrodegap图1-4TEC能量转换效率随两极间距离的变化[35]Fig.1-4Theenergyconversionefficiencyversusgapsforemittertemperaturesof1500K,2000Kand2500Kwhenthecollectortemperatureis900K
【参考文献】：
期刊论文
[1]热辐射方式加热钼发射极的实验研究[J]. 韩永超,张吉峰,唐榕,宋艳鹏,杨坤. 真空. 2019(03)
[2]热离子能量转换器铯电弧工况下电子势能的分布特性[J]. 钟武烨,吕征,郑剑平,杨启法. 原子能科学技术. 2019(11)
[3]核动力深空探测器现状及发展研究[J]. 朱安文,刘飞标,杜辉,马世俊. 深空探测学报. 2017(05)
[4]空间核动力在深空探测中的应用及发展综述[J]. 朱安文,刘磊,马世俊,李明. 深空探测学报. 2017(05)
[5]空间核反应堆电源技术概览[J]. 胡古,赵守智. 深空探测学报. 2017(05)
[6]光子增强热离子发射太阳能电池混合功率系统参数的优化设计[J]. 林健,杨智敏,林比宏,黄志福. 中国科学:技术科学. 2016(03)
硕士论文
[1]基于AMTEC的静态热电转换联合系统性能评价与参数分析[D]. 杨晗.重庆大学 2017
[2]高温长时服役钨单晶涂层的微观组织演化[D]. 张红秀.北京理工大学 2016
[3]化学输运法制备钨单晶涂层的微观组织分析[D]. 沈艳波.北京理工大学 2016
本文编号：3076381
【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】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
世界能源消耗图[7]
第1章绪论-3-对于提高热离子能量转换器效率，实现热离子能量转换器微型化具有重要的科学意义。1.2热离子能量转换器的工作原理及研究现状1.2.1热离子能量转换器的工作原理当热离子能量转换器发射极被加热到高温，表面的一些电子可以吸收到足够的能量以克服功函数势垒，从发射极逸出，穿过两极间的真空间隙，在接收极聚集，然后通过负载流到发射极，进行做功，如图1-2所示[17]。根据Richardson-Dushmann公式[29]，净电流为发射极和接收极电流的差值，即：（1-1）式中——热离子能量转换器的净电流密度；——发射极的电流密度；——接收极的电流密度；——发射极的温度；——接收极的温度；——发射极的功函数；——接收极的功函数；——发射极空间电荷形成的能量势垒；——接收极空间电荷形成的能量势垒；——材料的特征Richardson-Dushmann常数。图1-2TEC的工作原理示意图[17]Fig.1-2SchematicofworkingprincipleofTEC
第1章绪论-7-图1-3TEC中各能量密度随两极间距离的变化[35]Fig.1-3Thetotalenergyflux,theheattransferthroughpropagatingandevanescentwaves,themaximumoutputpowerperunitarea,andtheheattransferredbythermionicallyemittedelectronsasafunctionofinterelectrodegap图1-4TEC能量转换效率随两极间距离的变化[35]Fig.1-4Theenergyconversionefficiencyversusgapsforemittertemperaturesof1500K,2000Kand2500Kwhenthecollectortemperatureis900K
【参考文献】：
期刊论文
[1]热辐射方式加热钼发射极的实验研究[J]. 韩永超,张吉峰,唐榕,宋艳鹏,杨坤. 真空. 2019(03)
[2]热离子能量转换器铯电弧工况下电子势能的分布特性[J]. 钟武烨,吕征,郑剑平,杨启法. 原子能科学技术. 2019(11)
[3]核动力深空探测器现状及发展研究[J]. 朱安文,刘飞标,杜辉,马世俊. 深空探测学报. 2017(05)
[4]空间核动力在深空探测中的应用及发展综述[J]. 朱安文,刘磊,马世俊,李明. 深空探测学报. 2017(05)
[5]空间核反应堆电源技术概览[J]. 胡古,赵守智. 深空探测学报. 2017(05)
[6]光子增强热离子发射太阳能电池混合功率系统参数的优化设计[J]. 林健,杨智敏,林比宏,黄志福. 中国科学:技术科学. 2016(03)
硕士论文
[1]基于AMTEC的静态热电转换联合系统性能评价与参数分析[D]. 杨晗.重庆大学 2017
[2]高温长时服役钨单晶涂层的微观组织演化[D]. 张红秀.北京理工大学 2016
[3]化学输运法制备钨单晶涂层的微观组织分析[D]. 沈艳波.北京理工大学 2016
本文编号：3076381
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