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半导体热电发电器的研制

作　者: 黄宗斌
导　师: 唐超群
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 温差发电 seebeck效应半导体温差器件计算机辅助设计
分类号: TN377
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

能源危机和环境危机使得各国政府大力支持新能源的开发与利用。半导体温差发电项目是一种绿色环保能源技术,通过seebeck效应把热源转化为电能。这种发电技术有体积小、重量轻、无污染、性能稳定等特点,具有其他普通能源不具备的优势,成为研究的热门。这项技术已经用于航天和军事等领域,正向工业和民用方向普及。本文介绍几种基本的热电效应和理论计算热电转化效率,并分析影响材料热电性能的几个基本参数:seebeck系数、电导率、热导率。再从适用于室温使用的Bi₂Te₃半导体热电材料作为研究对象,测试了柱状Bi₂Te₃的热电性能,获得材料的热电参数规律。并辅助castep软件计算材料的电子结构,加深理解掺杂对材料热电性能的影响,发现不同类型的掺杂都能够减小电子跃迁时所需要的能量。热激发时激发的电子数量会增加,在热电材料使用过程中能增强热电性能。从热输运和电输运方面探讨热电器件工作过程中的改进,进行了导热材料、绝热材料、散热部分的改性分析。文章对半导体热电模块进行测试,研究半导体热电模块的开路电压、伏安特性、输出功率、热电转换效率等一系列热电特性,并总结出热电器件的发电性能规律。还以热电模块测试作为基础,制备出两种基于不同叠放方式的热电器件,测试器件的热电性能,器件一在热端温度为80℃时的输出匹配功率达到176mW,器件二在热端温度为100℃时的输出匹配功率达到160mW。最后对采集数据系统进行改进,设计以阿尔泰数据采集卡为基础的电脑智能采集数据系统。能够成功采集电压、温度信号。并实现进行数据保存。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-22
  1.1 研究背景  9-12
  1.2 热电理论  12-15
  1.3 热电材料性能参数  15-19
  1.4 常见热电材料  19-21
  1.5 本文研究内容  21-22
2 Bi_2Te_3 半导体热电材料  22-41
  2.1 Bi_2Te_3 材料介绍  22-24
  2.2 半导体热电材料转化效率  24-27
  2.3 Bi_2Te_3 半导体材料热电性能测试  27-29
  2.4 Bi_2Te_3 材料电子结构研究  29-39
  2.5 本章小结  39-41
3 半导体温差发电装置的研制  41-64
  3.1 实验装置研制  41-48
  3.2 单片模块热电性能测试  48-55
  3.3 热电发电模块装置研制  55-61
  3.4 半导体热电发电拓展应用  61-63
  3.5 本章小结  63-64
4 计算机辅助测试  64-72
  4.1 工具简介  64-66
  4.2 测试思路  66-67
  4.3 测量采集方法  67-71
  4.4 本章小结  71-72
5 总结  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-77

半导体热电发电器的研制

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