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.,..,.,1,畢業(yè)答辯,答辯人：趙爾志 導(dǎo)師：譚樹剛,熱電材料的應(yīng)用和前景,.,..,.,2,.,..,.,3,.,..,.,4,研究背景,,熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)作為一種新型的清潔能源技術(shù)近年來在國際上受到廣泛的關(guān)注，有望為提高能源利用率、緩解環(huán)境污染提供一種綜合協(xié)調(diào)的途徑。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵就是-------熱電材料,我國能源消耗總量已經(jīng)在 2010 年超過美國之后，我國成為了世界上消耗能源最多的國家。在面臨能源消耗量逐年上升的壓力的同時(shí)，我國能源結(jié)構(gòu)上的不合理以及能源使用率較低也是一個(gè)十分顯著的問題。我國是一個(gè)貧油、少氣、多煤的國家，這使得我國的可用能源以煤為主。,能源短缺問題已成為當(dāng)今世界最突出的問題，但最令人頭痛和尷尬的莫過于能量利用效率不高，浪費(fèi)驚人。，能量做功的有用效率只有25%，最高也就33.3%，超過60%的能量都作為廢熱白白浪費(fèi)掉了,21世紀(jì)三大最具潛力的新型能源技術(shù) 太陽能光伏發(fā)電技術(shù) 燃料電池 熱電效應(yīng),.,..,.,5,研究意義,,,將其應(yīng)用于工業(yè)余熱、廢熱的回收利用以及太陽光熱的復(fù)合發(fā)電，有望為提高能源利用率，是一種新型的能源產(chǎn)生方式。,改變能源結(jié)構(gòu)，有效的緩解全球變暖問題和臭氧漏洞問題,熱電材料廣泛應(yīng)用于武器裝備、航空航天、微電子技術(shù)、科學(xué)儀器制造以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域,熱電材料具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適用范圍廣、維護(hù)成本低、工作壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注,.,..,.,6,文獻(xiàn)綜述,,.,..,.,7,.,..,.,8,發(fā)展過程,能量轉(zhuǎn)換率為4%—6%，ZT值為1.0以下。,能量轉(zhuǎn)換效率提高達(dá)到11%-15%，其ZT值在1.3-1.7之間。,熱電轉(zhuǎn)換率增加到15%—20%，ZT值達(dá)到2.0以上.。,二代,.,..,.,9,存在問題,常溫下熱電材料熱電優(yōu)值較低,部分熱電材料的電熱輸運(yùn)機(jī) 理尚不清楚,材料的電導(dǎo)率仍偏低，而熱導(dǎo)率仍偏高，很難同時(shí)兼顧材料的電輸運(yùn)和熱輸運(yùn)性能,熱電材料的高成本問題,導(dǎo)致熱電轉(zhuǎn)化率偏低僅為14%（遠(yuǎn)低于普通發(fā)電效率40%）,熱電優(yōu)值較高塊體材料，大多數(shù)采用多步制備的方法，而且要求原材料是高純的單質(zhì)，這些塊體材料具有較高的成本,.,..,.,10,解決方向,2.繼續(xù)尋找塞貝克系數(shù)和電導(dǎo)率更高、而熱導(dǎo)率更低的新型氧化物熱電材料,4.探索和應(yīng)用新的合成工藝和制備方法,3.進(jìn)一步探索氧化物熱電材料的電輸運(yùn)和熱輸運(yùn)機(jī)理，通過理論計(jì)算對(duì)結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合相互佐證，避免多走彎路，縮短探索的時(shí)間,1.通過摻雜優(yōu)化材料的熱電性能、使用低維熱電材料制備梯度化熱電材料、,.,..,.,11,新型材料,half-Heusler 化合物、n 型的 MNiSn、p 型的 MCoSb,Ko38Co4Sb12熱電材料,有機(jī)物化學(xué)氣相Bi2Te3/Sb2Te3生成超晶格薄膜材料,MCoSb、IrSb3、RhSb3和 CoSb3等二元合金,ZT=2.4,.,..,.,12,ZT值的研究,.,..,.,13,.,..,.,14,材料運(yùn)用,,,,,1,2,溫差熱電發(fā)電,溫差熱電制冷,.,..,.,15,運(yùn)用研究,我國工業(yè)企業(yè)余熱發(fā)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于到2020年規(guī)劃的核電量,建成國際上第一臺(tái)高效低成本的熱電-光電復(fù)合發(fā)電分布式電站，輸出功率超過5千瓦在青海、西藏地區(qū)建立總功率達(dá)100千瓦的電站。,.,..,.,16,案例分析,半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件，通過輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制。,RTG同位素電池中的钚金屬塊238它相當(dāng)于一個(gè)熱源，其釋放出的熱量及經(jīng)過溫差熱電轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換形成的電流，充分滿足了嫦娥三號(hào)的能量需求,發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口處安裝上固體氧化物燃料電池(SOFC)和熱電轉(zhuǎn)換元件該技術(shù)能夠從一臺(tái)排量400cc的發(fā)動(dòng)機(jī)中回收尾氣總能量的2.5%，相當(dāng)于一臺(tái)功率400瓦的設(shè)備所發(fā)電量。,溫差熱電核電池,尾氣發(fā)電,半導(dǎo)體制冷器,全球有10億量汽車，每天10%的汽車，相當(dāng)于40個(gè)核電站的每天的發(fā)電量,.,..,.,17,.,..,.,18,研究總結(jié),,利用熱電效應(yīng)工作的發(fā)電、制冷 沒有滑動(dòng)部件或旋轉(zhuǎn)部件 不會(huì)產(chǎn)生往復(fù)或回轉(zhuǎn)效應(yīng) 可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作 不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的物質(zhì) 環(huán)保、可靠、壽命長(zhǎng)、易維護(hù) 實(shí)現(xiàn)模塊化和集成化,在環(huán)境污染和能源危機(jī)日益嚴(yán)重的今天，進(jìn)行新型熱電材料的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。,.,..,.,19,展望未來,低成本和高熱電優(yōu)值將會(huì)是未來相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)熱電材料的研究方向。,鑒于現(xiàn)階段熱電材料的ZT值較低，今后一段時(shí)間內(nèi)熱電材料的應(yīng)用暫時(shí)會(huì)向低品位熱源利用方向傾斜，加大對(duì)汽車尾氣、垃圾燃燒、火力發(fā)電等方面的應(yīng)用，提高能源的利用率，較少對(duì)環(huán)境的污染,在未來熱電材料必定會(huì)取代氟利昂，成為制冷的主力軍,材料方面,