Entwicklung erneuerbarer Energien ist eine etablierte nationale Politik unseres Landes, sondern auch der Schlüssel für die wirtschaftliche Stabilität und die nachhaltige Entwicklung der Garantie. Über 80 Prozent der Kraftwerke der Welt erzeugen Strom Wärmeenergie, aber der durchschnittliche Wirkungsgrad dieser Anlagen ist nur 30%, etwa ~ 15TW Jahr Wärmeverlust an die Umgebung, wie das Recycling dieser Energie kann die aktuellen herausragenden Energie- und Umweltfragen effektiv zu lindern sein. Thermoelektrikum im Kern der Technologie thermo Umwandlung kann nicht verläßt sich auf externe Kräfte ‚heiß‘ und ‚Ebene‘ von zwei verschiedenen direkte Form der Energieumwandlung, ein großer Teil der Wissenschaft und Industrie große Aufmerksamkeit in den letzten Jahren, vor allem mit tragbar, implantierbares stellte eine neue Generation von intelligenten Mikro-nano-elektronische Systeme dringender Bedarf an der Entwicklung von Mikro-Watt - Milliwatt self-powered anstelle der herkömmlichen wiederaufladbaren Batterietechnik muss, dass die Technologie, die Miniaturisierung und eine hohe Dichte, eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit in der Entwicklung. Thermoelektrikum gerecht zu werden und kann mit der Umgebung der Körpertemperatur thermoelektrische Leistung, und daher werden selbst portable intelligente elektronische Vorrichtung verwendet werden, Lösungen angetrieben Technologie.
Auf der einen Seite, im Vergleich zu anderen Arten von Wandlern Form, Wirkungsgrad thermoelektrischer Technologie ist nicht hoch, nur ~ 10%, aber die Entwicklung von thermoelektrischen Technologie-Industrie Leistung thermoelektrischen Materialien durch thermoelektrischen Gütefaktor (zT) behindert zu messen:
zT = S 2& sgr; T / (κe + & kappa; L)
Wobei S der Seebeck-Koeffizient des Materials ist, [sigma] ist die elektrische Leitfähigkeit ist, T die Betriebstemperatur ist, κe & kappa; L und Wärmeleitfähigkeit sind Elektronen und Phononen Da physikalischen Grenzen intrinsischen Eigenschaften, bestimmt den Wert jedes Parameters zT Constraints miteinander in Beziehung, dass die Gütezahl des thermoelektrischen Materials ist schwer zu erheblich zu verbessern.
Auf der anderen Seite ist die Temperaturdifferenz aufrecht zu erhalten, in vollen Umfang nutzt thermischer Energieerzeugung, variierend herkömmliche thermoelektrischen Materialien benötigt / Gerät mit einer Wärmequelle in engen Kontakt mit der Oberfläche. Jedoch bei praktischen Anwendungen sowohl die menschlichen Körper oder Wärmerohren, eine komplexe geometrische Oberflächenkrümmung aufweist, thermo anorganisches Material, aufgrund seiner intrinsischen Sprödigkeit, nicht die Anforderungen der Wärmequelle in engen Kontakt mit der Oberflächenkrümmung zu ändern, so dass die Wärmequelle und die Thermoelektrikum / Wärmeverlust zwischen dem Gerät in einem höheren Bereich liegt. Zusätzlich zu seinem eigenen thermoelektrischen Gütefaktor des thermoelektrischen Materials, wie beispiel Der Wärmeenergieverlust, der durch den schlechten Kontakt zwischen der Wärmequelle und dem thermoelektrischen Material verursacht wird, ist zu einem der Schlüsselfaktoren geworden, die die Entwicklung der bestehenden thermoelektrischen Technologie einschränken.
Somit Erhöhung erkunden der Seebeck-Koeffizient Skaleneffekte durch Legieren, die Grenzflächenenergiebarriere Regulierung oder dergleichen, ausgelegt mehrmaßstäblichen Defekt Phononenstreuung wird Strategien unterdrückt die thermoelektrische Umwandlungsleistung, wie beispielsweise thermische Leitfähigkeit zu verbessern und die Entwicklung neuer Hochleistungs-Thermoelektrikum und ein flexibles Die Herstellung von Vorrichtungen und die Erforschung des Mechanismus zur Verbesserung der intrinsischen Sprödigkeit anorganischer thermoelektrischer Materialien sind zur Zeit zu den globalen Schwierigkeiten und heißen Problemen auf diesem Gebiet geworden.
Shenyang National Laboratory Forscher Material (kombiniert) Institut für Metall Tai Kay TF gewidmet pyroelektrische dünnen Film eine hoch geordnete Mikrostruktur von Materialien und Gerätedesign und Herstellung der atomaren Skala aus der Verwendung einer physikalischen Dampfabscheidungstechnik Regelung benachbarten Düse mit Für Korngrenzen mit kleinen Winkeln sind zum ersten Mal, um eine großflächige Präparation der Ausrichtung in der Ebene und außerhalb der Ebene zu erreichen, stark strukturierte Bi 2Te 3Thermoelektrische Film. Studien haben gezeigt, dass die Kleinwinkelkorngrenzen unterdrückt werden können Träger innerhalb ihrer Teiloberflächenstreuung verstärkter elektrische Leitfähigkeit Kippen, während die Streuung von Phononen thermischer Leitfähigkeit beibehalten wird verringert, signifikant die thermoelektrische Umwandlungsleistung verbessert wird, die Vorbereitung hohe Bi 2Te 3Eine effektive Methode für thermoelektrisches Dünnschichtmaterial.
Abbildung 1. Nicht-Gleichgewicht Magnetron-Abscheidung für die Herstellung von Kleinwinkel-gekippten Korngrenzen 2Te 3Filmmaterial SEM (a), TEM (b) die pyroelektrische dünne Film Mikrostrukturanalyse und optischen Mikroskopie-Analyse Kühler (c), der Topographie Instrumentenanalyseschritt (d) und ein schematischer Aufbau eines Kühlschrank (e) - (f)
Basierend auf den Techniken, die oben in Verbindung mit der Design Team zusammenPräzisionsLaserMikroStrahl Verarbeitungsplattform beschrieben, entwickelt Bi 2Te 3Microrefrigerator Legierungsdünnfilms, die Dicke der thermo ~ 25 um, minimale Oberflächengröße von ca. 200 x 200 um, Mikrokühl Flußmittel ~ 40 W / cm 2Die Temperatursteuerungsvorrichtung ein Feld von mikrosystemweite Anwendung Aussichten, wie die CPU-Chip Kühlpunkt, miniature Laserdiodentemperatursteuerung, usw. Die Arbeit mit einem Durchbruch in der heimischen thermoFilmVorbereitungsVerarbeitung microrefrigerator Feld 2017 zu erreichen verliehen Materialien Conference China hervorragende thermoelektrische Materialien und Geräte Gwand Ausstellung Auszeichnung, eine Patentanmeldung, Zulassung 2.
Die erste Gruppe verwendet eine unausgeglichene Magnetron-Sputter-Technik, ein Cellulosepapier als Substrat, eine Wismuttellurid thermoFolienVerbundMaterial nach mehrskaligen Porenstrukturen Mikrometern bis Nanometer vorbereitet, wie in Fig.
Figur 2 eine schematische Ansicht mehrskaligen Porenstruktur Design und Cellulose /
Bi 2Te 3SEM-Charakterisierung von flexiblen thermoelektrischen Verbundmaterialien
Studien haben ergeben, dass aufgrund der Eigenschaften einer unausgeglichenen Magnetron-Sputter-Technik in Kombination mit Wismut-Tellurid-Film-Grenzfläche Schließen Cellulose, mit einer Nenndicke von bis zu einigen zehn Mikrometern abgeschieden dargestellt ist, kann effektiv den Innenwiderstand der Dünnfilmvorrichtung verringern, die Ausgangsleistung der thermoelektrischen Energieumwandlung zu erhöhen; Cellulose / Bi 2Te 3Einzigartige Netzwerkstruktur, mehrschichtige Porenstruktur und Bi 2Te 3Film-Scale-Effekt ergibt Cellulose / Bi 2Te 3Verbund weist eine gute Biegeflexibilität; mehrskaligen poröse Struktur des zusammengesetzten thermoelektrischen Film kann wirksam die Streuung von Phononen Wärmeleitfähigkeitswerte verringern, so nahe an der minimalen Wärmeleitfähigkeit von Bi2Te3 Theorie; Bi 2Te 3Vorhandensein intrinsischer Oxidfilms Oberflächenschicht, wenn die Trägerfolie, wenn die Übertragung zwischen benachbarter Cellulose Bi2Te3 Oberfläche segmentierte, kann die Oxidschicht an der Grenzfläche gestreut wurde geringe Energieträger gefiltert, das Seebeck-Koeffizient signifikant verbessert. Somit wird die Cellulose / Bi 2Te 3Der ZT-Wert des Komposits bei Raumtemperatur bis zu 473K kann 0,24-0,38 erreichen und wird voraussichtlich durch Optimierung der Ladungsträgerkonzentration weiter verbessert werden.Das flexible thermoelektrische Verbundmaterial wird maßgeschneidert und in das Demonstrationsgerät integriert, indem eine hochpräzise Mikrostrahl-Laserplattform verwendet wird neue flexible Hochleistungsthermoelektrischen Materialien neue Ideen und Lösungen. diese Arbeit der Basis eines flexiblen thermo Kompositmaterialien ‚Generator‘ bietet zu erforschen, wurde eine neue Richtung für die Entwicklung von praktischen und flexiblen thermoelektrischen Vorrichtungen geöffnet.
Die Forschungsarbeit wurde vom National Natural Science Youth Fund, den Funds on the Surface und dem "Hundred Talents Programme" der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unterstützt.
Abbildung 3. Cellulose /
Bi 2Te 3Thermoelektrische Eigenschaften (a-d) und Biegeeigenschaften von Verbundwerkstoffen
Figur 4.XPS Multiskalige poren Wismuttellurid Nanokomposite und 3D-Röntgenbildanalyse schematische Verbundfolie und die Grenzflächenenergie Sperrfilter niedrigen Energieträgereffekt
Abbildung 5. Flexible thermoelektrische Verbundwerkstoffe in situ Biegeeigenschaften des Tests und die Verwendung der menschlichen Körpertemperatur und der Temperaturunterschied zwischen der Bildung der thermischen Spannung
6. Figur schematischer Aufbau und eine flexible thermo Verwertung ‚Generator‘ Demonstrationseinrichtung Struktur KWK
