连续热电偶检定炉的设计与研制

连续热电偶是基于塞贝克效应制成的一种新型温度传感器。在校准连续热电偶时,热电偶检定炉是较为重要的热源之一。该研究在传统检定炉的基础之上设计四温区检定炉,通过对炉体和温度控制的改造,对多种控温模式的设计,研制出能够适用连续热电偶等多种高温传感器校准的热源。

连续热电偶的计量特性

通过研制四温区测量炉组成热电偶校准装置,对连续热电偶进行校准及不确定度评定,了解和掌握该型传感器的计量特性。最终得出连续热电偶对K型分度表的整体偏移修正为+28℃,扩展不确定度为3.2℃,均匀性为5~8℃,为使用人员和研究人员修正提供技术依据。

p型PbSe热电材料研究进展:从中温区发电到近室温制冷

热电材料能够实现电能和热能高效且清洁的相互转化,在余热回收和电子制冷方面具有重要的应用前景。碲化铅(PbTe)材料已经应用于深空探测领域的温差发电电源,硒化铅(PbSe)材料作为PbTe的同族类似物,有望作为其更为储量丰富、价格低廉的替代品,在中温区温差发电中展现出重要应用前景。近年来,对无Te热电冷却材料和器件需求不断增长,PbSe的研究方向逐渐从中温区发电转向近室温制冷。本文回顾了p型PbSe材料研究进程中所采用的典型优化策略,概述了基于该材料的热电发电和制冷器件的关键研究进展,展示了这一材料重要的发展前景。最后,对未来如何实现p型PbSe材料近室温热电性能的充分开发以及高性能热电制冷器件的制造进行了总结展望,包括整合各种优化策略,优化器件组装技术,确定合适的接触材料,以及开发基于PbSe的无Te热电器件,以推进其在深空探测、激光制冷等关键领域的实际应用。

Bi和Ag掺杂对SnTe热电性能的影响

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。

塑性热电材料研究进展及展望

近年来,以Ag_(2)S为代表的塑性热电材料研究取得显著进展.该类材料因具有较低的滑移势垒和较高的解理能,表现出优异的室温塑性,并可通过固溶优化实现塑性和热电性能的协同提升.最新研究表明,Mg_(3)Bi_(2)基单晶材料在塑性变形能力和室温热电性能方面综合表现更佳.微观结构表征及理论计算分析揭示了位错滑移在Mg_(3)Bi_(2)单晶塑性变形过程中的关键作用,特别是多个滑移系表现出较低的滑移势垒.这些发现不仅深化了对塑性热电材料微观变形机制的理解,还为优化材料性能和开发新型柔性热电器件奠定了重要基础.未来将这些材料应用于实际器件仍面临热稳定性、化学稳定性和界面接触等挑战,这些问题的解决将推动塑性热电材料在柔性电子领域的应用.

考虑REGS和可调热电比的综合能源系统优化调度

在“双碳”目标背景下,针对热电联产机组“以热定电”模式导致的弃风问题,文章提出了一种考虑可再生增强型地热系统(Regenerative Enhanced Geothermal System,REGS)和可调热电比的综合能源系统(Integrated Energy System,IES)优化调度模型。首先,构建干热岩提取循环等模型,分析了能量分配系数对于REGS作为源端的热电可调节机理;其次,研究了REGS配合光热电站和热电联产机组耦合运行机制,分析了耦合运行改善热电比的机理,并引入广义机组热电比控制模型;再次,以购能成本、运行成本、运维成本、弃风成本及碳税成本之和最小构建目标函数进行优化求解;最后,利用西北某地区实际数据进行算例分析,验证了所提模型能够提高系统经济性和风电消纳率,减少碳排放。

热处理对Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电薄膜形貌及性能的影响

为研究热处理对三元Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电薄膜形貌和性能的影响,采用恒电位沉积的方法制备了两个热电薄膜,通过X射线衍射、场发射扫描电镜(FE-SEM)对其物相、形貌进行表征;通过台阶仪和霍尔效应测试系统对薄膜的膜厚和性能进行测试。研究结果表明,采用电化学沉积法制备的三元膜为纯相Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3),在(110)晶面有择优取向;扫描电镜观察结果表明,热处理显著改变了薄膜的微观形貌,使得三元薄膜从“白菜叶”形貌变为由纳米片相互交叉组成的微球;霍尔效应测试结果表明,热处理后薄膜的电导率得到了提高,载流子浓度则轻微降低。

基于热管散热的多级热电制冷器性能分析

为了研究几何结构对多级热电制冷性能的影响,建立了基于热管散热的多级热电制冷器有限时间热力学模型,提出模块利用系数和协调性能系数两个性能评价指标,并采用数值模拟的方法研究了热电偶比例系数和级数对热电制冷器性能的影响,得到了不同几何结构下装置性能指标随工作电流的变化规律。结果表明:比例系数为2的六级热电制冷器的制冷温差和制冷量可分别达到135.3℃和0.34 W;较小的比例系数和工作电流,可以有效实现制冷能力和经济性能的统一。设计制作了基于热管散热的四级热电制冷器样机,当环境温度分别为16℃和26℃时,实测冷端温度分别为-76℃和-69℃。

热电材料及其高压合成

着重分析了高压合成技术在方钴矿、Bi_(2)Te_(3)基、SnSe基、PbTe基、Mg_(2)Si基等典型热电材料的制备及性能调控中的应用,阐释了该技术在推动热电材料发展的独到之处,对高压合成技术在热电材料领域今后的研究发展方向进行了展望。

热电材料的分类及热电性能

热电材料作为一种可以将电能和热能相互转化的材料,怎样提高其热电转换效率是当下研究的热点。目前Bi2Te3基热电材料的ZT值在室温附近能达到1.3~1.4,还有一些热电材料的ZT值在高温下能达到2.0以上。但是要想实现热电材料更广泛的应用,必须要寻找在室温条件下热电性能更高的材料。目前常用的提高材料热电性能的方法主要有是通过掺杂和能带工程调控载流子浓度、通过纳米化技术降低材料维度和寻找高性能热电材料。本文主要介绍了提高合金型热电材料Bi2Te3、新型热电材料方钴矿和氧化物热电材料热电性能的方法,这些材料的热电性能以及热电材料的应用。

方钴矿热电器件性能衰减影响因素研究

热电器件性能直接影响着热电转换装置的转换效率及使用寿命。本工作针对方钴矿热电器件高温服役环境下性能衰减的问题,采用大功率热电器件测试系统开展热电器件服役性能影响因素研究。结果表明,方钴矿热电转换装置输出功率随着时间延长而显著降低,其主要原因在于高温条件下方钴矿热电材料、电极材料与Fe基防扩散阻挡层之间发生相互反应生成扩散层,致使界面电阻增大;同时,由于热电材料、电极材料与Fe基防扩散阻挡层的热膨胀系数匹配性能不佳,高温条件下焊接界面处开裂,热电器件内阻增大。由此可见,防扩散阻挡层的高温稳定性和热膨胀匹配性是影响方钴矿热电器件性能的关键,成为后续方钴矿热电器件实现工程应用的核心问题。

考虑含HRD的光热电站和综合需求响应的综合能源系统低碳经济调度

在“双碳”的背景下,为进一步提升综合能源系统(Integrated Energy System, IES)的经济性和环境效益,文中提出一种在奖惩阶梯型碳交易机制下考虑含热回收装置(Heat Recycling Device, HRD)的光热电站和综合需求响应的IES系统低碳经济调度方法。首先,在源侧构建含热回收装置的光热电站与加装碳捕集的热电联产机组联合运行的IES架构,并分析电转气两阶段的运行原理,建立计及余热回收的电转气设备模型。其次,考虑到负荷侧电、热、气三种负荷的柔性特性,在负荷侧建立电热气综合需求响应模型。最后,引入奖惩阶梯型碳交易机制,进一步减小系统碳排放量,构建调度周期内以含购能成本、运维成本、碳交易成本等系统总运行成本最小为目标的综合能源系统低碳优化调度模型。通过算例分析结果表明,所提方法不仅能提高机组的运行潜力,而且有效降低了系统总运行成本与碳排放量。

基于准稳态法的热电材料变物性参数表征测量方法

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。

浅谈提高有机热电材料性能的策略

相较传统的无机热电材料,因为有机热电材料的韧性高、化学毒性低、大规模溶胶制备等独特优势,吸引了人们的研究兴趣。近年来,有机热电材料在分子设计、合成和器件加工等方面取得了突破。本文将系统地介绍优化有机热电材料性能的策略。首先,介绍了影响有机热电材料性能的各种参数。然后,总结了掺杂二次掺杂后处理和无机填料等常用优化策略的机理,并比较了它们的优缺点。最后,对有机热电材料的研究前景提出了一些建议。

应用于光纤传感网络的热电发生器设计与研究

研制并测试了用于光纤海底地震传感网络节点的热电能量收集系统。基于碲化铋热电材料,制作了用于光纤传感器的热电发生器(TEG),建立了热电模型并进行了验证。提出了一种将TEG输出的能量收集并利用的能量管理电路。详细介绍了该系统的设计思想、电路原理图和模拟水下环境实验。实验数据表明:所制作的TEG能够以2.67%的效率将热能直接转换成电能,设计的能量管理电路能够以23.09%的效率将电能收集并利用。该研究结果对延长光纤海底节点工作时间、增加系统可靠性有重要意义。

热电联供电厂厂级供热集中智能管控系统开发及应用研究

为了解决多台机组供热负荷调节分散、供热系统压力波动大、供热经济性差的问题,首先提出基于MODBUS通信方式下多台机组供热单元互联控制的厂级供热集中智能管控系统;然后,结合机组实际性能试验数据建立机组性能仿真模型,获得不同电负荷下冷热再抽汽量与煤耗量的关系;最后,考虑机组安全运行边界,建立适用于多台机组热负荷经济分配的数学模型,以厂级总耗煤量最低寻优为目标,获得各机组热负荷分配方案,并成功在某装机6台、总容量3320 MW燃煤电厂实现了工程示范应用。结果表明:厂级供热集中智能管控系统可采用流量指令方式在机组安全运行边界内对各机组供热流量进行自动调节;全厂对外供热流量在50~400 t/h之间变化时,厂级供热集中智能管控系统可将供热母管压力控制在设定值的±0.03 MPa以内;通过对总供热负荷智能寻优分配,全厂总煤耗量可降低0.13~3.53 t/h。

Ag纳米线掺杂单晶SnSe热电和力学性能的研究

为探究Ag纳米线掺杂对单晶SnSe的热电和力学性能的影响,建立了一种1D-3D的复合结构体系的理论模型。基于密度泛函理论的第一性原理,计算了Ag纳米线掺杂体系的能带、态密度、载流子相对质量、声子群速度及弹性常数等。从微观特征变化研究Ag纳米线掺杂对热电转化性能和力学性能的影响。结果表明:随着Ag纳米线掺杂浓度的增大,体系的禁带宽度逐渐减小,导带有明显的提高,提高了载流子的迁移率,有利于电导率的提高;载流子相对质量呈现先上升后下降的变化趋势,且相较于未掺杂的SnSe有明显增大,材料的塞贝克系数显著提高;声子群速度逐渐减小,导热性能降低,有利于热电性能的提高;掺杂Ag纳米线的SnSe的体模量和剪切模量均比未掺杂的SnSe小,材料的可塑性和韧性逐渐加强,SnSe的力学性能得到改善。

高熵热电材料的研究进展

高熵合金具有许多诸如高强度、高硬度、抗氧化等优异的性能,使它在诸多领域有着广泛的应用。随着高熵合金的广泛应用,通过多主元成分设计,增加构型熵,利用高熵合金的特性也被用来调控热电材料的性能。综述了常见的高熵热电材料的发展现状,分析高熵对热电性能的解耦前景。通过分析Ⅳ-Ⅵ族热电材料、类液态材料、Half-heusler合金等材料中熵工程的应用,总结了高熵对热电性能的影响。通过合金化、高熵效应,结合类液效应、固溶量、共振掺杂、纳米沉淀和构建自适应亚晶格等调控手段,可以显著改善热电材料的性能,并为发展更为高效的热电转换材料提供了新的方向。

Bi_(2)Te_(3)/KOH/PEDOT:PSS和SiO_(2)气凝胶增强钢丝绒热电性能研究

在热电材料研究领域,一般认为金属的Seebeck系数较低,因此有关金属的热电性能的研究并不多见。但研究发现金属的物理形态对其热电性能具有影响。考察了金属纤维钢丝绒(SW)的热电性能。发现SW(主要成分为Fe)的Seebeck系数是块体铁的2倍。在此基础上,将SW与有机和无机热电材料进行复合,并在其空隙中填充SiO_(2)气凝胶,最终制备出了Bi_(2)Te_(3)/KOH/PEDOT:PSS@SW-SiO_(2)气凝胶复合材料,使其热电性能得到了进一步提升。结果表明,气凝胶的加入可使SW的导热系数降低34%。电导率(σ)、热导率(κ)和Seebeck系数(S)得到解耦。Bi_(2)Te_(3)/KOH/PEDOT:PSS@SW-SiO_(2)气凝胶的Seebeck系数、热电优值(ZT)和功率因子(PF)分别是纯SW的1.2、3.4、2.4倍。通过改变材料物理形态和添加气凝胶来提高材料热电性能的方式有望为其他热电材料的研究提供新的思路和有益参考。

硼同位素的正热电离质谱法测定新进展

在不同环境下, B具有不同的^(11)B/^(10)B值。因此, B同位素作为一种灵敏的示踪剂被广泛应用于地球化学、环境化学和食品科学等领域。正热电离质谱法(PTIMS)因测试精度高,是测定B同位素组成最精确的方法。本文详细总结了PTIMS测定B同位素组成的基本原理、带材料选择、石墨影响、石墨涂样顺序、点样形式、同质异位素的干扰以及离子峰接收方式,尤其是近几年在静态双接收测定B同位素上取得的成果和最新进展,以促进B同位素地球化学研究的进一步发展。