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基于Bi2Te3热电材料的低温废热回收利用研究

作　者: 王伟
导　师: 栾伟玲
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 热电材料 Bi2Te3 球磨法 厚膜 废热回收
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


能源的高效利用及对低品位能源尤其是工业废热的回收利用对解决能源危机有极大的社会意义。热电材料是一类具有热电转换性能的特殊半导体材料。利用热电材料制成的温差发电器件可以实现由废热能向电能的直接转换,有效提升能源品位。本文研究了球磨法合成Bi2Te3基热电材料的工艺参数,考察了球磨转速、时间、球料比对合成产物相结构与形貌的影响；配置了热电浆料,研究了浆料配置及后处理工艺对于厚膜热电性能的影响；设计并搭建了层间和壁面温差发电装置,考察了热电材料在废热回收应用的情况。本文获得了如下结论：1、实验考察了不同球磨参数对样品合金化程度的影响,较高转速与较大球料比有利于碲化铋的合金化；碲化铋完全合金化后,继续增加球磨时间仅会增大晶粒尺寸,降低样品的热电性能。2、采用溶解于甲苯中的聚苯乙烯胶体(PS-TOL)与碲化铋粉末混合,配置热电浆料。甲苯、聚苯乙烯、碲化铋粉末的混合比例会影响厚膜的热电性能。有机组分的增加会降低厚膜电导率,但能提高Seebeck系数。综合考察,得到了最优化的工艺为聚苯乙烯按2：11的质量比溶解于甲苯,碲化铋粉末按3：2的质量比与聚苯乙烯的甲苯溶液混合。3、热处理及冷等静压处理能够改善PS-TOL法制得的碲化铋厚膜热电性能,提高热处理温度能够改善热电性能。350℃热处理后的样品,在200℃的测试温度下,功率因子可达8μW/m·K2。4、搭建了层间、壁面两套废热回收利用系统,发现层间温差发电系统能够在发电片两端制造较高的温差,从而具有较好的发电能力；壁面温差发电系统具有较好的换热性能,但壁面温差较小,适用于对换热要求高的场合。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 前言  9-21
  1.1 废热回收利用现状  9-10
  1.2 热电效应  10-11
  1.3 热电材料的分类  11-14
    1.3.1 低温领域热电材料  12
    1.3.2 中温领域热电材料  12-13
    1.3.3 高温领域热电材料  13-14
  1.4 热电材料在废热回收领域的应用  14-15
  1.5 碲化铋热电材料的制备方法  15-18
    1.5.1 球磨法  15-16
    1.5.2 溶剂热法  16-17
    1.5.3 区熔法  17
    1.5.4 磁控溅射法  17-18
  1.6 热电材料厚膜的制备方法  18-19
  1.7 论文的研究内容  19-21
第2章 实验设备与表征方法  21-27
  2.1 实验设备  21
    2.1.1 制备碲化铋热电材料的设备  21
    2.1.2 制备厚膜材料的设备  21
  2.2 表征方法  21-23
    2.2.1 X射线衍射  21-22
    2.2.2 扫描电子显微镜分析  22
    2.2.3 激光粒度分析  22-23
    2.2.4 差示扫描量热-热重同步分析  23
  2.3 热电性能测试方法  23-26
    2.3.1 电导率的测试  23-25
    2.3.2 Seebeck系数的测试  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 Bi_2Te_3热电材料的球磨法合成  27-33
  3.1 绪论  27
  3.2 实验方法  27-28
    3.2.1 实验原料  27-28
    3.2.2 实验步骤  28
  3.3 球磨工艺研究  28-32
    3.3.1 球磨参数对Bi_2Te_3合金化的影响  28-30
    3.3.2 球磨参数对Bi_2Te_3形貌的影响  30-31
    3.3.3 Bi_2Te_3粒径分布  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章 碲化铋厚膜的制备工艺及性能研究  33-49
  4.1 绪论  33-34
  4.2 PEDOT：PSS法制备厚膜  34-38
    4.2.1 实验步骤  34
    4.2.2 产物表征及性能测试  34-38
  4.3 PS-TOL法制备厚膜  38-48
    4.3.1 实验步骤  38
    4.3.2 后处理对物相与形貌的影响  38-41
    4.3.3 浆料配置工艺优化  41-45
    4.3.4 后处理工艺优化  45-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章 基于换热结构的温差废热回收装置  49-59
  5.1 绪论  49
  5.2 层间温差发电系统  49-54
    5.2.1 系统设计  49-51
    5.2.2 性能测试  51-54
  5.3 壁面温差发电系统  54-58
    5.3.1 系统设计  54-55
    5.3.2 性能测试  55-58
  5.4 本章小结  58-59
第6章 结论、创新点与展望  59-61
  6.1 结论  59
  6.2 创新点  59-60
  6.3 展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 功能材料
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