空冷式多级热电制冷器性能综合分析

多级热电制冷器可提供更大的制冷温差,但制冷经济性能随级数增大而迅速降低.综合考虑热电材料各种内部效应与外部传热不可逆性,建立了空冷式多级热电制冷器的有限时间热力学模型,给出了制冷量和制冷系数的计算方法.为全面描述和分析多级热电制冷器性能,引入热力学完善度指标,并提出协调性能系数性能评价指标,分析了制冷器工作电流、热电臂横截面积与制冷温差对制冷量、制冷系数、热力学完善度和协调性能系数的影响.结果表明:当制冷温差为87℃时,电流分别为2.55 A和1.30 A时,热电臂横截面积分别为2.2 mm^(2)和3.0 mm^(2)时,制冷量和制冷系数分别达到最大值.综合考虑制冷能力与经济性,当电流为1.75 A时,可获得制冷量、耗功与制冷系数的最佳协调性能.

几何结构对Fe薄膜反常能斯特效应的影响

反常能斯特效应(Anomalous Nernst effect,ANE)是一种利用磁性材料进行热电转换的效应。利用磁控溅射方法在Si基底上沉积生长Fe薄膜,探究了薄膜的厚度及几何尺寸对反常能斯特效应的影响。结果表明:Fe薄膜的厚度越小,ANE越明显,当薄膜厚度增加到50 nm以上时,ANE趋于不变,这与Fe薄膜电阻率随厚度的变化规律一致;在温差一定时,反常能斯特电压和Fe薄膜的宽长比成正比,即薄膜越宽电压信号越强,但在单位宽度下薄膜产生的反常能斯特电压维持不变,说明薄膜的几何尺寸对ANE有较大的影响。研究结果对反常能斯特效应相关器件设计具有指导意义。

汽车尾气热电发电系统最大功率检测算法研究

在汽车尾气热电发电系统中,由于传统最大功率检测算法检测误差率高,研究基于汽车尾气热电发电系统最大功率检测算法。建立汽车尾气温差热电发电数学模型,得到温差单电偶的稳态发电情况,计算得到输出效率最大值;调整电路中的测试点电压,在输出电压或者输出电流中添加扰动量进行调控,运用干扰观测法和二插值拟合算法计算得到最大功率点的电压值实现汽车尾气热电发电系统最大跟踪检测。实验结果表明,运用本文方法的最大功率检测误差率最低,提升最大功率点的跟踪精度,完成了汽车尾气热电发电系统最大功率的高效检测。

温差电池制备方法研究

温差电池是一种直接将热能转化为电能的装置,具有无噪声、无污染、可靠性高和寿命长等诸多优点。传统温差电池制备工艺流程复杂、存在加工污染和材料损耗大等缺点。文章研究了一种温差电池的制备方法,该方法先在陶瓷基片上制作银电极,然后采用叠层技术将模板置于电极上并逐层填充热电材料,再烧结成电偶臂,最后经封装得到温差电池。该制备方法能有效避免热电材料损耗和加工污染,特别适合宽温度区间工作模式,能发挥各材料段的最佳性能,可有效提高发电模块的工作效率。

柔性可自愈高性能热电发电及制冷器件研究

柔性热电器件在不规则的表面上可实现热能和电能的相互转化,在可穿戴电源和个性化热管理方面具有巨大的应用前景。为提高柔性热电器件的发电性能、制冷性能和可靠性,开发了一种具有超低内阻的柔性可自愈高性能热电器件。该柔性自愈合热电器件是通过将高性能块体碲化铋基热电臂、液态金属电极和铜箔相连接,并用动态共价热固性材料聚亚胺封装而成。测试结果表明,所制备的热电器件在温差为20 K时最大的输出功率可达6.16 mW,最大开路电压为450 mV。在通入0.5 A电流时柔性可自愈热电器件制冷温度可达到1.9℃。该器件在经历上千次弯曲循环和受到损伤再修复后,展现出极好的可靠性和自愈合能力。这将为制备高性能的热电发电及制冷器件提供基础理论与技术支撑,促进柔性电子器件的快速发展。

自供电可穿戴碲化铋基照明电子设备

5G通讯、电子皮肤等“新基建”产业迫切需要发展可穿戴柔性热电器件,用于捕获环境微能源发电实现电子设备自供电。为提高热电器件的发电性能和柔韧性,通过焊接技术结合掩膜工艺制备了一种基于热电效应的自供电可穿戴碲化铋基照明电子设备。采用高热导率的硅胶柔性基底,将碲化铋和碲化锑热电颗粒分别焊接在铜电极上,实现整个电路的连通,获得可穿戴柔性热电器件。该热电器件在温差为11.2 K时,可输出电压为214 mV,最大输出功率可达3.64 mW,且经历1000次弯曲循环后发电信号输出稳定。将该热电器件贴在人体皮肤上并与升压芯片连用,无须散热器就能正常点亮二极管。所研制的柔性热电器件表现出较好的发电性能、较高的可靠性且具有良好的应用前景,这为自供电可穿戴电子设备的开发提供理论基础与技术支撑。

基于TEC的大功率LD恒温控制系统的研究

TEC存在功率有限、制冷效率低的问题,在用于大功率半导体激光器的温度控制时,常常无法达到所需的制冷效果。通过理论研究、软件仿真和实验验证,总结和提出了根据LD热负载选择TEC的理论依据和方法,以及与之匹配的大功率散热结构的设计优化准则。经实验验证,根据此原则设计的温控系统可在环境温度-40～55℃时,对30W的LD实现恒温控制,温控范围20～40℃,温控精度0.5℃,实验结果表明此方法可以提高系统的整体效率,在设计大功率半导体激光器温控系统时具有一定的参考价值。

Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)/Mo-Cu热电元件的界面结构与界面电阻

通过放电等离子烧结(SPS)实现阻挡层Ti-Al、过渡焊接层Ni与热电臂Yb0.3Co4Sb12的一体化烧结,使用Ag-Cu-Zn共晶合金完成热电元件Yb0.3Co4Sb12/Ti-Al/Ni与Mo-Cu电极的钎焊连接。扫描电镜(SEM)显示出Yb0.3Co4Sb12/Ti-Al/Ni/Ag-Cu-Zn/Mo-Cu接头中各界面结合良好,无裂纹,成分分析发现Yb0.3Co4Sb12/Ti-Al界面存在Al Co、TiCo Sb及Ti Sb2等金属间化合物(IMC)。500℃下等温时效30 d后,Yb0.3Co4Sb12/Ti-Al界面处的金属间化合物厚度无明显变化;Ag-Cu-Zn/Ni界面处Cu、Zn扩散趋于稳定,Cu-Zn扩散层厚度达到约40μm。界面接触电阻测试结果表明,等温时效前后Yb0.3Co4Sb12/Ti-Al/Ni/Ag-Cu-Zn/Mo-Cu元件的界面接触电阻率均低于10μΩ·cm2。

温差发电器件导热系数

建立了半导体温差发电器件的基本模型,推导出器件等效导热系数的数学表达式,发现其与N型、P型半导体材料及两端陶瓷片的导热系数紧密相关,对半导体材料和陶瓷片的导热系数随温度的变化关系进行了实验研究并进行了数值拟合,绘制了器件等效导热系数与温度的曲线,得到的计算值与实验结果基本吻合。

电化学组装一维纳米线阵列p型Bi_2Te_3温差电材料

对p型Bi_2Te_3温差电材料的电沉积过程进行了研究,分析了添加剂对电沉积过程的影响.在此基础上,以孔径为50nm的阳极氧化铝多孔膜为模板,采用直流电沉积技术,在氧化铝多孔模板的纳米级微孔内电化学组装出了P型Bi_2Te_3纳米线阵列温差电材料.性能研究表明,P型Bi_2Te_3纳米线阵列的温差电性能远远超过具有相同组成的块状温差电材料。

一种新型MEMS微波功率传感器的理论模型与优化设计

提出了一种新型的MEMS微波功率传感器.与传统的结构相比,新结构具有测量误差小、设计简单、使用方便等显著优点.然后在全面考虑了热传导、热对流、热辐射三种传热机制的基础上,对传感器的主要部分即热电堆建立了热模型,进而导出了灵敏度、时间常数、噪声的理论解析式.最后根据拉格朗日乘数法原理,以给定的时间常数和噪声大小为约束条件,求得灵敏度达最大时热偶长度和串联数目的最佳值.

汽车尾气废热回收的热电模块布置特性研究

由于按照模块单元来实现热电材料回收废热具备优势,在试验校核的基础上建立了热-电-结构的有限元分析模型用于热电模块在汽车排气管上布置特性的研究。首先热通量模拟结果显示排气管壁面与热电模块接触处存在大热斑,根据大热斑的轮廓得到本文研究的热电模块之间的最佳布置间隙为6.6 mm。然后根据最大输出功率原则精确计算了热电模块的内阻值,内阻的获得为模块矩阵的结构优化提供了参考依据。最后利用模型对热电模块的薄弱结构进行热应力校核,校核结果为热电模块的可靠布置提供了参考依据。

车用内置式温差发电器换热性能的数值模拟

本文针对提出的一种内置高强度温差发电器的结构,采用FLUENT软件对其对流换热系数、速度模量、径向速度进行分析,并和平板式温差发电器进行对比。结果表明提出的新结构在壁面换热方面优于平板式温差发电器,在节能应用中有很大潜力。

半导体温差发电器发电电气特性试验研究

文章根据塞贝克效应(Seebeck effect)、珀尔帖效应(Peltier effect)、汤姆逊效应(Thomson effect)原理,制作了半导体温差发电器系统,通过试验测试获得了在不同温度等级下的电气特性。结果表明,开路电压和负载电压随温度升高呈线性上升趋势。当温度一定时,电流随负载变化呈几何对数增长,并找到了电压越低输出功率越大的功率特性。

一种MEMS热电制冷器的设计

研究一种基于MEMS工艺的微型热电制冷器.采用薄膜热电材料减小器件的尺寸,采用微机械加工工艺形成的硅杯结构降低衬底的热泄漏.器件在材料和工艺上都与微电子工艺兼容,易于与电子器件集成.分别讨论了热电臂长度、厚度及绝缘膜厚度等结构参数对器件最大制冷温差、制冷系数、制冷功率等性能的影响,得出最优的设计参数.分析中考虑了绝缘层热泄漏,制冷区的热对流和热辐射,以及接触电阻等非理想因素.分析结果表明,器件工作时达到的最大温差为40K;冷端温度为290K时,制冷功率为3mW.

一种新型MEMS微波功率传感器的设计与模拟

提出了一种新型的三明治结构MEMS微波功率传感器结构,与传统传感器相比,新结构由于采用了垂直传热方式而具有较小的热损耗。在输入相同功率的情况下,模拟了热电堆的温度分布,三明治结构热电堆的温度高于传统结构,因此具有更高的灵敏度。同时模拟了两种结构的阻抗匹配特性,其差异不大,在1-6GHz的频率范围内,三明治结构的回波损耗小于-30dB;在6-20GHz的频率范围内,其回波损耗小于-20dB,显示了良好的匹配特性。

微型半导体制冷器在芯片散热的应用分析

阐述半导体制冷器的发展状况,包括锭材切割工艺、MEMS工艺和CMOS工艺制备微型半导体制冷器的特性和应用,并展望微型半导体制冷器未来发展趋势。

新型发动机排气温差发电器结构探索

根据汽车发动机排气可利用能量的形式,提出了一种新型的置于排气通道内的热电转换系统,使热电偶与热气流直接进行对流/辐射换热,将强化热流密度和转换电流密度、提高系统的温差。在使用现有热电材料的条件下,提高温差发电器的功率密度。

双光纤干涉温度传感器的研究

目的研制一种具有高分辨率、高灵敏度、抗电磁干扰的全光纤温度传感器。方法应用双光纤干涉和温度对相位的调制原理并借助CCD图像传感器、计算机系统。结果建立了基于光纤传感温度的测量系统。结论双光纤温度测量系统具有稳定、可靠、分辨率高和抗电磁干扰等优点,可实现-20℃至80℃的温度测量。

Mach-Zehnder光纤温度传感器的研究

对Mach Zehnder干涉仪的干涉原理和温度对光纤的相位调制进行了分析,提出了基于温度对相位调制的全光纤Mach Zehnder结构型温度传感器,采用CCD与计算机集成系统对干涉条纹进行测量与处理,给出了温度测量数据,实验表明整个温度测量系统具有较高的精度和分辨率。