铜铝材质结构型电器器件代银表面处理

在电子电器产品中有许多铜铝结构型器件需要镀银,例如腔体、双工器、波导管、底板、机架、盒体等。这些器件要求有良好的导电性,较低的表面接触电阻。镀银虽然比较理想,但其工艺复杂,耗费昂贵银材及剧毒氰化物。在我厂引进电子产品国产化的过程中,解剖国外同类产品中铜及铝制器件发现镀银处理件很少。经过认真分析后,我们决定把产品中部分镀银件分别改为铜件钝化和铝件导电氧化并取得良好效果,现举例如下:

热电器件性能的权衡优化研究

热电器件能够实现热能与电能的直接转换,在废热利用和发展洁净能源技术方面具有特殊优势,而增强热电器件的热力学性能更具有实践性意义.本文利用权衡优化方法(也称Ω判据)研究了热电器件的热力学特征,在构建权衡优化目标函数的基础上,得到了权衡优化判据下的效率和制冷系数表达式,详细阐释了热电品质因子对于效率和制冷系数的影响.与最大功率(最大制冷功率)方法进行比较,发现权衡优化下的热电器件容易实现热力学性能的提高.

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。

热电器件界面性能的研究现状

近年来,基于塞贝克效应的热电技术不断取得进展,热电器件已在多个领域得以运用。然而热电器件的各连接界面存在诸多挑战。尤其是热电材料与电极的界面处在实际运用中面临电阻、热阻高,接头处易老化失效等问题。这使得热电器件的转化效率远低于理论值,可靠性不足以支持其工业化运用,热电材料的器件化进程严重滞后于新型热电材料的开发进度。为此,本文重点归纳总结了热电器件中热电材料与电极连接界面的电传输、热传输、连接性能的评估指标及相关理论,并详细介绍了各指标的测定方法和一些常见的优化策略,以期扩展热电器件的界面研究,提升热电器件的综合性能,扩大热电器件的应用范围。

碲化铋基热电器件的界面研究进展

热电转换技术是一种直接将电能和热能相互转换的技术,在航空航天、新型能源、电子通信等领域具有重要的应用价值。碲化铋材料是最早被发现的半导体热电材料之一,它在室温附近所展现出的优异热电性能,使碲化铋基热电器件成为目前唯一成功商业化应用的热电器件。近年来,随着5G光通信和电子芯片行业对新型制冷技术需求的持续增长,热电制冷器件的应用备受瞩目。此外,碲化铋基发电器件在低温废热回收领域也具有巨大的应用前景。然而,碲化铋基热电器件发展仍然存在一些挑战,其中器件的界面问题严重制约了其产业化应用。尤其在发电器件制备方面,仍然缺乏有效的高温界面阻挡层材料。本文从碲化铋基热电器件应用面临的界面问题出发,重点介绍相关界面研究进展,阐述界面对器件性能的影响机制,并分析改善界面性能的有效策略。

Te基热电器件反常界面层生长行为及界面稳定性研究

单质Te具有优异的热电优值(ZT),但其与金属电极连接界面处的剧烈元素交互扩散及反应会引入较大的接触电阻率(ρc),导致器件的转换效率(η)较低。因此,寻找合适的阻挡层来优化Te与金属电极间的连接至关重要。本研究基于梯度结构报道了一种宽相场Ni-Te合金阻挡层NiTe_(2-m)(NixTe(x=0.500~0.908))。结果表明,当x=0.500时,Ni_(0.5)Te/Te_(0.985)Sb_(0.015)/Ni_(0.5)Te器件的界面处无任何反应层及微观缺陷,ρ_(c)小于10μΩ·cm^(2),η在180K温差(热端温度473K)时达到了理论值的75%。同时,界面具有良好的热稳定性,在473K老化期间,界面微观组织、ρ_(c)以及η无明显变化。当x>0.500时,界面反应层厚度随x增大而逐渐减小,即主导界面反应层生长行为的因素并非常规的界面反应能及浓度梯度等热力学因素。进一步分析表明,反常生长源于动力学因素中的“原子空位”对反应层生成的迟滞作用。

碳纳米管纤维基热电器件的制备及其性能研究

利用温差发电的柔性热电器件具有可持续、环保和可穿戴的优点,但是多数热电器件需要利用金属电极相互连接,这在一定程度上降低了热电器件的整体性能。本文利用OA和FeCl 3对碳纳米管纤维进行N型和P型掺杂,制备了无需金属电极连接的具有连续P-N结构的热电纤维,并且利用热电纤维制备了3D热电器件。结果显示,N型和P型碳纳米管纤维基热电纤维分别具有-69.7、62.2μV K的高塞贝克系数和552.9、431.4μW(m·K 2)的高功率因数,3D热电器件能够利用人体与环境之间垂直方向上的温差产生开路电压,并可用作简单的温度传感器。这种3D热电器件具有优异的热电性能,在柔性自供电领域有广泛的应用前景。

负Poisson比热电器件的热-电-力耦合弯曲特征及强度分析

随着智能可穿戴设备的快速发展,对供电元件的续航时间、便捷性以及轻量化等提出了更高要求.热电器件可以直接将人体新陈代谢释放的热能转换为电能,为可穿戴设备持续供电.利用整体-局部、细观-宏观相结合的分析方法,该文研究了负Poisson比热电器件的热-电-力耦合弯曲行为及其强度失效问题.首先,通过建立负Poisson比热电器件的均质化分析模型,获取了器件的宏观弯曲特征,并给出了应力最大的截面.然后,建立热电蜂窝的受力分析模型,利用热力学强度理论导出了胞壁的细观强度失效临界荷载.研究发现:热电蜂窝的应力水平随着内凹角增大呈现先减小后增加的趋势;对于负Poisson比热电蜂窝,强度失效首先发生在中间部位;对于传统的六边形热电蜂窝,端部比中间部位先发生强度破坏;热电器件发生断裂破坏时,中间和端部的临界裂纹长度近似相等,可以拟合为内凹角的指数函数.

基于碲化铋基柔性热电器件的自取能温度传感器结构设计及性能研究

本工作以开关柜触头这一易发热设备为研究对象,选取碲化铋基柔性热电器件构建自取能温度传感器。将柔性热电技术与无线传感技术相结合,开发适应电力设备运行特性的自取能可塑型温度传感材料器件,同时实现就地自取能和电网设备运行状态温度参数在线感知。利用COMSOL有限元软件系统研究了环境(温度和对流换热系数)、器件拓扑结构(高度和填充率)、界面接触电阻/热阻等因素对碲化铋基柔性热电器件输出性能的影响。模拟结果表明,在热端温度为308.15 K、环境温度为288.15 K、对流换热系数为5 W/(m^(2)·K)的边界条件下,热电臂高度2 mm和填充率15%的热电器件能够达到最大输出电压95 mV、最大输出功率0.83 mW,满足无线通信模块传输电压信号的用电需求。通过本研究工作发现,降低环境温度,增加对流换热系数,优化热电臂高度或填充率,或降低界面接触电阻/热阻有利于提高热电器件的开路电压和输出功率。

多孔泡沫热电器件断裂及其对能量转化性能的影响规律研究

热电器件能把废热转化为电能,减少二氧化碳排放,符合国家节能减排、逐步实现碳中和的发展需求.该文通过建立多孔热电器件的热、电传导分析模型,解释了多孔热电泡沫高输出功率的内在机制,并揭示了几何结构及孔隙率对断裂破坏的影响机理.在此基础上,阐明了断裂破坏对器件转化性能的影响规律.研究发现,随着孔隙率的增加,热电泡沫与金属层之间的界面剪切应力减小.同时,只要多孔热电泡沫的内部裂纹开始扩展就不会停止,直至器件完全破坏.此外,随着裂纹扩展,输出功率呈现先增加后减小的趋势.这是因为裂纹的形成间接增大了热电泡沫的孔隙率,导致器件与废热的接触面积增大,进而提高热电器件的输出功率;随着裂纹进一步扩展,其必然减弱热电器件的导热和导电性能,进而减小热电器件的输出功率.

不同维度Ag_(2)Se构筑柔性热电薄膜的性能优化与器件集成研究

Ag_(2)Se热电薄膜及器件因其窄带隙半导体特性在室温下显示出良好的热电性能,成为近年来可穿戴热电能源转换领域的研究热点。常见的Ag_(2)Se薄膜多由纳米颗粒堆积构筑而成,纳米材料维度对堆积网络的热电传输特性具有重要影响。本研究采用溶剂热法和模板法分别制备了不同维度的Ag_(2)Se纳米材料,通过喷涂工艺结合高温热处理,在聚酰亚胺基底上构筑了柔性Ag_(2)Se热电薄膜,系统研究了Ag_(2)Se纳米材料维度对薄膜微观结构和热电性能的影响。与一维纳米线结构相比,零维Ag_(2)Se纳米颗粒构筑的热电薄膜具有更优的导电网络和热电性能,薄膜的室温功率因子可达199.6μW·m^(-1)·K^(-2),而在375 K时功率因子为257.9μW·m^(-1)·K^(-2),表现出良好的热电性能。基于性能优异的Ag_(2)Se薄膜,进一步设计集成了具有四条热电臂的柔性热电器件。该器件具有良好的机械柔性和输出性能,以20 mm为弯曲半径,在弯曲循环1000次后,内阻仅增加了8.2%;在30 K的温差下,器件开路电压可达9.1 mV,最大输出功率达43.7 nW。本研究为制备柔性Ag_(2)Se热电薄膜材料与器件提供了新的思路和方向。

P型碲化铋热电器件制作与帕尔帖效应实验

采用放电等离子体烧结、精密切割、抛光、焊电极、引线等工艺,制作出P型碲化铋热电单臂器件。制冷性能结果表明,通直流电后,器件一端升温,另一端快速降温,在最佳工作电流1.8 A时,吸热温差为4.8 K,充分验证了半导体材料依据帕尔帖效应实现热电制冷效果。通过实验教学,加深学生对帕尔帖效应与热电势理论知识的理解,将电学、热学和材料学有机结合,拓展了学生的知识面,开拓思维,培养学生综合能力与实践技能。

汽车尾气温差发电装置中热电器件的试验研究

为了利用热电器件回收汽车尾气的废热进行发电,构建了一个可模拟汽车尾气温差发电装置的热电器件测试平台,测试了不同热源温度、冷源温度、安装压力以及相同冷热源温差而不同冷热源温度下国产某型Bi2Te3基低温热电器件的输出性能。结果表明,单个热电器件的输出性能与其安装压力和冷热源温差成正比,在相同冷热源温差条件下可适当降低冷源温度以提高其性能;随着冷热源温差增大,热电器件的最大功率所对应的输出电流明显增大;利用汽车发动机自身冷却系统中约90℃的冷却水对汽车尾气温差发电装置进行冷却时,当热端温度达到350℃的最大耐温值,安装压力大于57kPa时,单个热电器件的最大输出功率在3W以上。最后,基于该热电器件提出了汽车尾气温差发电装置的优化设计策略及其工作条件。

一种利用激光并采用热电器件实现的实时测温系统

介绍了一种利用半导体激光器 In Ga As/ I作光源 ,使用钽酸锂热释电探测器作光接收器件 ,以 80 31单片机为核心实现的中、高温度实时测量系统。该系统主要由光学发射与接收系统、信号放大与处理系统及显示系统三部分组成。还介绍了该系统的基本原理与结构 ,讨论了调制盘的设计与光干扰及其抑制的方法 ,并分析了温度的测量精度。实验结果表明 ,在要求的测温范围 4 0 0～ 12 0 0℃内 ,测温精度符合设计要求 ,且与理论分析结果相一致 。

基于MEMS技术的微热电器件的研究进展

对基于MEMS微加工工艺的微致冷器件和微发电器件的最新研究情况进行了综述,对各种结构形式和研究现状进行了综合比较。从微热电器件的优化设计方法、微机械加工工艺等方面,分析了提高微热电器件性能的途径。

微型热电器件研究进展

历经了30年的低谷期后,伴随着新型热电材料的出现及增大材料优值系数ZT新思路的提出,热电材料和器件这一研究领域开始了复兴。由于自身的诸多优点,微型热电器件已成为该领域的研究热点。作为新型的热电器件,微型热电器件在发电、制冷和传感器等领域获得了重要应用。综述了微型热电器件在应用、结构和制备技术方面的研究进展。

低温热电器件的结构尺寸优化

建立了热电器件模型,在考虑最大输出功率的条件下对热电器件的长度进行了优化。结果表明:随着热电器件p/n结长度的减小,热电器件的功率呈上升趋势并达到一个极值,但随着p/n长度的进一步减小,热电器件的功率开始下降。热电器件的最大功率随着端板热阻、接触电阻和接触热阻的增大而减小,最大功率优化下的p/n结长度随着端板热阻、接触电阻和接触热阻的增大逐渐增大。

最大功率和效率条件下的热电器件性能优化

建立了热电器件的效率模型,讨论了常物性和变物性情况下及最大功率优化和最大效率优化条件下热电器件的效率变化,以及输入能量、冷端温度等对热电器件效率的影响。结果表明,变物性条件能更好地反映热电器件的实际工作情况。热电器件的效率与输入能量、材料物性、冷端温度及热、冷端温差有关,提高热电器件的输入能量、降低其冷端温度能提高热电器件的温差,从而提高热电器件的效率。

温差对CaMnO_3和Ca_3Co_4O_9热电器件输出功率的影响

在低温端散热条件不变的情况下,在较宽的测试温度范围内分别测试了CaMnO3(n-type)和Ca3Co4O9(p-type)单臂热电器件的输出功率,实验结果显示其最大输出功率与温差的平方有较好的线性关系。通过进一步的分析表明,其比例系数正比于Seebeck系数的加权平均值(加权函数为温度梯度函数)的平方与电阻率的平均值之比,是热导率、电导率和Seebeck系数等热电材料性能参数的综合表现,能够方便地测量,可在较宽的温度范围内近似地表征热电材料或器件的性能。

稳态平板法在热电器件热电转换效率测试中的应用

将稳态平板法测导热系数的实验应用于热电器件热电转换效率的测试,通过测量输入器件的传热速率和负载的输出电功获得热电器件的热电转换效率。研究发现,稳态平板法可以测量工作温度在室温到100℃范围内热电器件的热电转换效率。