Что представляет собой материал для производства термоэлектрической энергии？

1. В последние годы, с непрерывным развитием технологии мобильной связи, микропроцессорной технологии материалов и информационных технологий, непрерывная миниатюризация и многофункциональность мобильных устройств, таких как ноутбуки, может быть применена и к термоэлектрическим устройствам в источниках питания, системах охлаждения и децентрализованных двигательных установках.

 

2. Продолжать развиваться в направлении миниатюризации. Термоэлектрическое устройство, разработанное на основе эффекта электрического охлаждения, имеет множество преимуществ, с которыми не может сравниться компрессионный холодильник: малый размер, небольшой вес, отсутствие механических частей передачи, быстрая скорость реакции, длительный срок службы, отсутствие шума, отсутствие жидкой или газообразной среды, отсутствие проблем с загрязнением окружающей среды, регулировка рабочей мощности холодильного устройства может регулировать скорость охлаждения или даже переходить в рабочее состояние нагрева, чтобы достичь точного контроля температуры.

 

3. Микроэлементы из термоэлектрических материалов широко используются при подготовке микроэлектропитания, охлаждения микрозон, оптической связи лазерного диода и инфракрасного датчика системы регулировки температуры.

4. Классифицированные по рабочей температуре, термоэлектрические генераторы могут быть разделены на три категории: высокотемпературные термоэлектрические генераторы, среднетемпературные термоэлектрические генераторы и низкотемпературные термоэлектрические генераторы. Типичным материалом, используемым в высокотемпературных термоэлектрических генераторах, является сплав SiGe, рабочая температура его горячей поверхности составляет около 1000℃; типичным материалом, используемым в среднетемпературных термоэлектрических генераторах, является PbTe, а рабочая температура его горячей поверхности составляет около 500℃; типичным материалом, используемым в низкотемпературных термоэлектрических генераторах, является BiTe, рабочая температура его горячей поверхности составляет около 200~300℃.

 

5. По составу материала, он может быть разделен на оксидные термоэлектрические материалы, наполненные проводящие полимерные композиционные материалы, нано-термоэлектрические материалы, сверхрешетчатые термоэлектрические материалы, квазикристаллические термоэлектрические материалы, сепараторные термоэлектрические материалы, низкоразмерные термоэлектрические материалы, и функции Градиентные термоэлектрические материалы и так далее.

 

6. Оксиды металлов обычно обладают высокой термической и химической стабильностью, могут использоваться при высокой температуре и в кислородной атмосфере, а большинство оксидов нетоксичны, не загрязняют окружающую среду, экологически безопасны, имеют длительный срок службы, простую подготовку, низкую стоимость и т.д.

 

7. Преимущества, потенциал применения в высокотемпературной промышленности велик, и это экологически чистый термоэлектрический материал. Недостатком является слишком низкая проводимость, что ограничивает практическое применение материала.

 

8. Целью будущих исследований будет улучшение проводимости материала или поиск материала с высокой проводимостью. Оксидные термоэлектрические материалы также могут быть использованы в таких областях, как высокоэффективные датчики водорода, производство солнечной энергии, высокоэффективные приемники и миниатюрные устройства связи малого радиуса действия.

 

9. Проводящие полимерные композиционные материалы обладают такими преимуществами, как низкая цена, малый вес и хорошая гибкость. Наполнив проводящий полимер с низкой точечной проводимостью высокопроводящим скуттерудитом, можно получить композитный материал со сложной полосовой структурой.

 

10. Поскольку сложная полосовая структура является необходимым условием для высокоэффективных термоэлектрических полупроводниковых материалов, после оптимизации наличие большого количества органических-неорганических интерфейсов увеличивает вероятность отражения фононов, и теплопроводность будет еще больше снижена. Можно приготовить высокоэффективные термоэлектрические полупроводниковые материалы. Из термоэлектрических материалов.

 

11. Нанотермоэлектрические материалы — это развивающаяся система термоэлектрических материалов. С быстрым развитием нанонауки и нанотехнологий, исследования нанотермоэлектрических материалов также привлекли внимание многих исследователей. Когда обычный объемный термоэлектрический материал наноразмерный, благодаря интерфейсному эффекту и квантовому эффекту наноматериала, теплопроводность материала может быть уменьшена без существенного снижения точечной проводимости, что позволяет получить больший термоэлектрический коэффициент полезного действия. В то же время наноматериалы могут более удобно регулировать легирование, что способствует дальнейшим исследованиям.

 

12. Сверхрешетчатый материал — это полупроводниковое соединение с многослойной гетероструктурой, которая образуется путем поочередного выращивания двух видов очень тонких полупроводниковых монокристаллических пленок. Поскольку каждая пленка обычно содержит от нескольких до десятков атомных слоев, она обладает очевидными квантовыми эффектами, что приводит к появлению множества новых физических свойств.

 

13. Еще одной важной особенностью сверхрешетчатых материалов является периодичность во многих интерфейсах и структурах, что способствует увеличению рассеяния фононов, и в то же время увеличение рассеяния электронов на поверхности меньше, поэтому можно получить более низкую теплопроводность и более высокую электропроводность. s материала.

 

 

14. Квазикристаллические материалы — это кристаллоподобные материалы, которые не обладают трансляционной симметрией и обычно имеют оси симметрии, которых нет у кристаллов, например, пяти-, десяти- и двенадцатикратные оси вращения. Квазикристаллы и сверхпроводники были названы двумя важными достижениями в физике конденсированных сред в 1980-х годах. С момента их открытия исследования их структуры и физических свойств достигли значительного прогресса. В связи с особенностью материальной структуры квазикристаллического материала, обусловлена особенность его электронной структуры.

 

15. Квазикристаллический материал обладает необычной широкой температурной адаптивностью. Он отличается от традиционного полупроводникового механизма проводимости. Его термоэлектрический потенциал и электропроводность увеличиваются с повышением температуры, в то время как теплопроводность плавно увеличивается с повышением температуры. Некоторые квазикристаллические материалы также имеют пористую структуру, что также благоприятно сказывается на снижении теплопроводности материала. По сравнению с обычными сплавами теплопроводность квазикристаллических материалов более чем на два порядка ниже, чем у обычных сплавов, а качество квазикристаллических образцов лучше.

 

16. Чем совершеннее структура, тем ниже ее теплопроводность, что делает квазикристаллы очень выгодными в качестве термоэлектрических материалов. Кроме того, квазикристаллы обладают многими другими превосходными физическими свойствами, такими как коррозионная стойкость, устойчивость к окислению, высокая твердость и термическая стабильность. Одним словом, квазикристаллические материалы как новая система материалов обладают многими превосходными свойствами и имеют хорошие перспективы применения в термоэлектрической энергетике и электрическом охлаждении.

 

17. Электрическое охлаждение используется в биологических и медицинских инструментах уже более 20 лет. Благодаря таким преимуществам, как отсутствие шума, вибрации, малые размеры и удобство использования, были успешно разработаны такие новые продукты, как прибор для ПЦР, воздушный насос для вентилятора, криоскальпель, холодный стол для секционирования тканей и т. д. Другим важным применением электрического охлаждения является обеспечение низкотемпературной среды для использования сверхпроводящих материалов. Поскольку применение высокотемпературных устройств из сверхпроводящих материалов зависит от технологии охлаждения, в настоящее время для охлаждения используются хладагенты (такие как жидкий гелий, жидкий азот), которые необходимо часто пополнять, что очень неудобно, и необходимо использовать сложные холодильные установки.

 

18. Поэтому, если удастся получить термоэлектрические материалы с хорошими характеристиками в области низких температур (ниже температуры жидкого гелия), это будет способствовать быстрому развитию сверхпроводящей технологии. В целом, в применении термоэлектрической энергетики и технологии электрического охлаждения до сих пор существует множество проблем, которые не преодолены. Применение термоэлектрических устройств имеет такие недостатки, как низкая эффективность и высокая стоимость. Поэтому электрическое охлаждение и выработка электроэнергии используются в основном в тех областях, где эффективность преобразования энергии не берется за основу. Основное внимание уделяется случаю. Предполагается, что с разработкой высокоэффективных термоэлектрических материалов и развитием термоэлектрических технологий применение термоэлектрических устройств станет более широким.

 

Эта статья была написана отделом исследований и разработок компании Longchang Chemical. При копировании и перепечатке, пожалуйста, указывайте источник.