半导体制冷器“无限级联”温差电对工作参数的理论分析

在普通温差电对的ｐ型和ｎ型电臂之间淀积一层厚度适当的银膜实现短接，可在单级温差电对中形成类似多级半导体制冷器的无限级微温差电对串联，从而提高电对的制冷量和制冷温差。实验证明，这种“无限级联”温差电对的最大制冷温差可提高到普通电对的１．５～３倍。本文通过合理的简化，求解导热微分方程，给出“无限级联”温差电对的理论工作参数，并且给出焦耳热在电对冷端和热端的分配情况。

半导体制冷器“无限级联”温差电对工作参数的理论分析

在普通温差电对的ｐ型和ｎ型电臂之间淀积一层厚度适当的银膜实现短接，可在单级温差电对中形成类似多级半导体制冷器的无限级微温差电对串联，从而提高电对的制冷量和制冷温差．实验证明，这种“无限级联”温差电对的最大制冷温差可提高到普通电对的１．５～３倍．本文通过合理的简化，求解导热微分方程，给出“无限级联”温差电对的理论工作参数，并且给出焦耳热在电对冷端和热端的分配情况，从而在理论上对这种电对结构的优越性作出解释．

温差电致冷组件寿命加速试验方法研究

针对现有标准中温差电致冷组件寿命试验方法缺失,通过开展不同热面温度(60℃、65℃、70℃、75℃)下的加速试验验证,分析了最大温差、电阻、最大温差工作电压等关键参数的变化,确定了加速因子,研制形成温差电致冷组件寿命加速试验方法,显著缩短了寿命试验的验证时间,满足了应用发展需求。

采用SnTe钎料钎焊GeTe基温差电材料与Fe工艺研究

GeTe基热电材料与Fe电极连接构成温差电器件,采用SnTe合金作为钎料实现了惰性保护气氛中GeTe基温差电材料与Fe电极的钎焊。在相同保温下,设定不同焊接温度进行钎焊。测试了几种焊接温度试件接头的接头电阻和抗剪切强度,观察了接头剖面的微观组织形貌,通过线扫描分析接头处元素分布情况。通过研究表明,当焊接温度为640℃时,接头电阻和抗剪切强度均优于其他几种焊接温度,钎料与电极和GeTe基材料均结合良好,各元素在此焊接温度下未发生相互扩散。

稳态温度场的构建及其在电位差计测温差电偶电动势实验中的应用

针对电位差计测温差电偶电动势教学实验装置冷热端温度不确定性较大、热端降温时间较长等不足,设计了以金属材料为载体构建稳态温度场的方案.基于有限元仿真软件COMSOL Multiphysics对稳态温度场的建立过程进行了模拟,并对载体的材料性能、形状和尺寸进行了分析和优化,通过PID温度控制铸铝电热板和半导体制冷板,在长方体铝材中建立了温度梯度分布均匀、达到稳态所需时间较短的稳态温度场.

基于温差取电的无源分离式无线智能精确控温方法

文章介绍了一种基于温差取电的无源分离式无线智能控温方法。该智能控温结构协同匹配内置“加热时长-温度”关系模型,控制加热功率电路工作;利用加热时产生的热能,形成温差电动势为温度监测模块供电,解决了有源方式存在电池安全隐患的问题;利用无线数据传输方式,使传感器部署灵活;同时将实时监测的温度信息回传至加热功率电路,该电路参考预设关系模型实现对智能温控结构的反馈控制,实现精确控温。

基于温差电效应的充电装置

为解决部队野外训练时电子设备数量多、功耗大,设备供电不足的问题,设计了一种基于温差电效应的充电装置。此装置根据塞贝克效应,以固体酒精为热源,双铜管散热器及冷水为冷源;稳压模块确保输出稳定的电压,对负载输出达到电压5.0~5.5 V,功率4.0~5.0 W,输出状态稳定,可以实现对用电设备的正常充电。

温差发电技术的研究进展及现状

温差发电技术是一种绿色环保的发电方式,它可以合理利用太阳能、地热能、海洋热能、工业余热废热等低品位能源转化成电能。介绍了温差发电技术的原理,回顾了国内外的研究进展及现状,对温差发电中存在的发电效率低、温差电组件使用寿命短、可靠性不高等问题进行了分析,并提出了解决的办法。同时指出随着热电材料和温差电组件性能的提高,温差发电技术的优势将更加明显,应用前景广阔。

p 型赝三元温差电材料的研制

通过研究组分、掺杂和晶体生长条件对材料温差电性能的影响,采用熔炼—区熔法研制出较均匀的高性能赝三元 p 型温差电材料 Te:(Sb_2Te_3)_0.75(1-x)(Bi_2Te_3)_(0.25(1-x))(Sb_2Se_3)(?)生长出的晶锭的85%的部分,温差电优值 z=2.9～3.3×10^(-3)/K。其性能高于目前国内的赝二元材料,达到了国外的较高水平,用这种材料制作的温差电致冷器件获得了很好的致冷效果。

放射性同位素温差发电器在深空探测中的应用

放射性同位素温差发电器不受太阳光和其它环境条件的影响,可以同时为航天器提供电能和热能,是较理想的月球和深空探测电源。文章回顾了国外RTG的应用历史,评述了RTG的发展趋势。目前,RTG的研究方向是高效率、高比功率,以满足未来深空探测任务的需要。文章介绍了应用于深空探测的RTG在优化配置过程中应当考虑的一些问题。最后,评述了深空探测RTG的技术关键,包括RTG设计、温差电换能器技术、同位素热源及其安全技术、热管理技术和电源管理技术。

大尺寸P型赝三元温差电取向晶体的研制

大尺寸Ｐ型赝三元温差电取向晶体的研制荣剑英段福莲赵洪安吕长荣董兴才李将录赵秀平（哈尔滨师范大学物理系，哈尔滨１５００８０）ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＰｔｙｐｅＬａｒｇｅＳｉｚｅＰｓｅｕｄｏｔｅｒｎａｒｙＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃＯｒｉｅｎｔｅｄＣ...

嫦娥四号着陆器同位素温差电池设计与验证

嫦娥四号着陆器同位素温差电池是我国首个成功在航天器上应用的同位素电源,可为着陆器两相流体回路提供热能,并为原位月夜温度采集提供电能。同位素温差电池解决了温度和力学环境条件严酷、安装操作条件复杂、装配集成涉及电离辐射等难题,采用238Pu密封同位素热源、平面式PbSnTe/PbTe温差电换能器、耐压密封外壳,开发了适应月面环境的同位素温差电池设计制造技术,圆满完成了为两相流体回路供热并为月夜温度采集器供电的任务。对同位素温差电池的设计约束、最终方案及试验验证情况进行了介绍。

温差电材料研究的新动向

近10a来,由于环境保护和军事应用的需要,温差电材料的研究重新引起人们的重视。目前,室温附近最好的块状温差电材料BiTe的无量纲优值ZT大约等于1。为了成功地与其它换能系统竞争,必须使无量纲优值ZT提高到1.5～3。其途径为三:其一,研究新材料;其二,研究功能梯度材料;其三,降低材料的维数。回顾了温差电材料研究的最新进展,介绍了诸如Skutterudites、过渡金属的五价碲化物、Clathrates、Half Heusler、准晶体、氧化物等新材料的研制概况,以及梯度功能温差电材料和低维温差电材料方面的研究动态。

分段温差电元件的设计

由于分段温差电元件能够在较宽的温度范围内很大程度地提高热电转换效率,因此,在世界范围内受到广泛的关注。对碲化铅(PbTe)材料和碲化铋(Bi2Te3)材料组成的分段温差电元件进行了理论设计和计算。确定了在热面温度为773K、冷面温度为323K,元件总长度为15mm时,PbTe的最佳长度为8.8mm。测试结果表明:由设计的元件制作出的分段温差电单偶的热电转换效率达到了7.31%。

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。

液相电沉积技术制备n-型铋碲纳米线阵列温差电材料

对铋碲合金电沉积过程进行了研究,并分析了温度和硝酸浓度对铋碲共沉积的影响.结果表明,Bi3+和HTeO2+合溶液中的电沉积是分阶段进行的.溶液中HTeO2+的存在阻碍了Bi3+的电沉积.铋碲共沉积的速度随温度的升高以及溶液中硝酸浓度的增加而加速.实验中还研究了沉积电位对铋碲组成的影响.采用ESEM分析了铋碲纳米线阵列温差电材料的形貌.

基于温差电效应回收发动机废气余热的研究

通过理论分析、数值模拟与实验方法对基于温差电效应的发动机废气余热回收系统进行了系统的研究。用所搭建的单片温差发电器件(TEG)实验平台,对选用的TEG性能进行了测试实验。设计了用于发动机废气余热回收的热电系统单元,并对其性能进行了测试实验研究。根据CFD软件计算的发动机排气管流动与传热特性结果,分析了该热电回收系统在某发动机整个排气管上应用的收益情况,结果表明:在发动机标定工况下,总输出功率提高2.9%,燃油消耗率降低2.8%。

PbTe/BiTe分段温差电单偶仿真设计研究

考虑温差电材料的热电性能参数随温度的变化,建立了分段温差电单偶的优化设计模型。利用商用有限元软件ANSYS分析了PbTe/BiTe分段温差电元件长度比例、元件截面积、接触电阻、冷热面温度等变化对热电转换效率的影响,并进行了敏感度分析。计算结果表明,利用分段温差电单偶能够有效提高温差电池的热电转换效率,用PbTe/BiTe材料组成的分段温差电单偶的理论热电转换效率超过10%。

纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术

介绍了一种新的一维纳米线阵列结构温差电材料热电性能测试技术。该技术创造性地采用了液流加热以及异地测温的新方法,成功地解决了对微米厚度的一维纳米线阵列结构热电材料试样两侧均匀加热并保持两侧的温差恒定,以及微米厚度的试样两侧测温的难题。依据这一原理建立了一维纳米线阵列结构热电材料性能测试系统。实验表明,该系统性能稳定,精度高,可胜任一维纳米线阵列结构热电材料的性能测试。

二甲基亚砜有机溶液中Bi-Sb薄膜温差电材料的电沉积制备

采用循环伏安曲线以及稳态极化曲线的测试方法分析了二甲基亚砜有机溶液中纯Bi、纯Sb以及Bi-Sb二元体系在Ti基体上的还原过程。结合分析结果,采用直流恒电位方式电沉积制备了Bi-Sb二元薄膜温差电材料,并采用X-射线衍射以及塞贝克系数测试对不同电位下制备出的Bi-Sb二元薄膜温差电材料的物相结构及性能进行了表征。实验结果表明,在Ti基体上Bi3+、Sb3+离子的氧化还原均为不可逆过程,前者的阴极还原过程仅由离子扩散造成,而后者的还原过程中涉及到了离子的吸附,二者沉积电位接近,共沉积过程是一步完成的。对制备出的材料的物相以及性能的分析结果表明,电沉积制备出的材料确为Bi-Sb二元合金,随着沉积电位的负移,温差薄膜电材料的表面变得粗糙,在不同电位下沉积出的材料均为P型温差电材料,塞贝克系数随电位变化不大。