基于挠曲电效应的热电转换研究

发布时间：2021-07-06 12:49

　　进入二十一世纪后,世界范围内普遍地意识到了能源危机的迫切性。寻求新能源成为人们关注的重点,关于太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源应用的研究迅速发展。同时,通过废热回收进行热电转换以提高现有能源利用效率的研究也吸引了很多的关注。热-电发电主要以Seebeck效应为基础,热释电效应也稍有涉及。这两种效应在进行热-电转换的过程需要特殊的热环境:温度梯度或温度变化的环境。尽管这些特殊的热环境是它们产生热电输出的直接驱动力,但也在一定程度上限制了它们在实际中的适用性。本论文针对热-电耦合过程,尝试将热电输出时所需的驱动力与热输入分离开来,使热电转换变得更加可控。显然,这需要借助于其他效应。挠曲电效应描述了材料中电极化与应变梯度之间的耦合,可表示为:P1=μijkt（（?）sij/（?）xk）。挠曲电效应作用过程可以和电场极化的过程类比,因此,从其作用过程中可以提取出“挠曲电电场”Eflexo。类似地,此Eflexo应可以驱动载流子形成电流。将受到弯曲作用的材料置于高温环境中,则内部产生的“挠曲电电场”会驱动热激活的载流子形成电流,即实现挠曲电热电转换。从这点出发,本论文先详细阐明这种现象... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：99 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２?Ｐｅｌｔｉｅｒ效应示意图

１．１．３热电材料的研究现状??在对热电材料进行研宄的这一百多年里，人们发现了多种热电材料体系。热??电材料的研宄历史也可说是热电优值ｚｒ提高的进程［１０］，如图１．４所示。传统的??热电材料，即金属型热电材料在室温附近的热电优值近年来，基于超晶??格和量子点技术，热电材料的热电优值已有较大的提高，目前能够达到？２．４，??这些技术带来的热电性能提高主要得益于晶格热导性的降低。理想的热电材料应??具有“声子玻璃－电子晶体（ＰＧＥＣ：?ｐｈｏｎｏｎ－ｇｌａｓｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｃｒｙｓｔａｌ）?”式的结构特性，??即良好的导电性和极弱的导热性。为了实际应用，高性能热电材料的热电优值Ｚ７??应达到４以上，至今这仍是一个很大的挑战，综合地看，具备实用价值的热电材??料的热电优值仍在１附近。通常，人们采取合金化或重掺杂的方法降低块体热电??材料的热导率，同时尽量避免减小电导率，使得热电优值提高不少。此外，还有??其他的方法如细化晶粒、薄膜或多层化、增加晶胞自身的复杂性等来增加声子散??射的几率以达到降低材料热导率

?１〇？１??Ｃａｒｒｉｅｒ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?（ｃｒｒｒ３）??图１．３热电优值Ｚ７＼?Ｓｅｅｂｅｃｋ系数电导率〇？、热导率ａｃ，随载流子浓度ｎ变化而变化的??趋势。［５］??１．１．３热电材料的研究现状??在对热电材料进行研宄的这一百多年里，人们发现了多种热电材料体系。热??电材料的研宄历史也可说是热电优值ｚｒ提高的进程［１０］，如图１．４所示。传统的??热电材料，即金属型热电材料在室温附近的热电优值近年来，基于超晶??格和量子点技术，热电材料的热电优值已有较大的提高，目前能够达到？２．４，??这些技术带来的热电性能提高主要得益于晶格热导性的降低。理想的热电材料应??具有“声子玻璃－电子晶体（ＰＧＥＣ：?ｐｈｏｎｏｎ－ｇｌａｓｓ?ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｃｒｙｓｔａｌ）?”式的结构特性，??即良好的导电性和极弱的导热性。为了实际应用，高性能热电材料的热电优值Ｚ７??应达到４以上，至今这仍是一个很大的挑战，综合地看，具备实用价值的热电材??料的热电优值仍在１附近。通常


本文编号：3268275