铁基非晶/纳米晶材料热电性能的研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着人类社会的发展,全球人口与经济规模的不断增长,煤炭、石油、天然气等传统能源的需求不断增加,但化石能源的储量却在逐年减少,面临枯竭,供需矛盾日益突出。此外,大量的化石能源的开采利用导致环境污染以及温室效应的加剧,严重地威胁了人类的生存以及可持续发展。因此,发展环境友好型的新能源和可再生的能源,在此基础上取代传统的化石能源已经成为了全球能源发展的主要趋势。

热电材料是一种可以实现热能与电能直接转换的新能源材料,在工业余热、汽车尾气废热回收利用、下一代集成电路高效制冷和太阳能全光谱发电领域具有重要和广泛的应用[1]。用热电材料制作而成的热电器件是一种全固态的能源转换装置,具备其他能源转换装置所没有的众多的优点,如体积小、结构简单、无噪音、可靠性高、寿命长、环境友好和适用温度广等[2.3],有望应用在太阳能、工业余热、汽车尾气等[4]大量存在的热源处。早在上个世纪的60年代,美国就用热电器件将小型的核反应堆和放射性同位素反应产生的热量转换成为电能技术应用于深空的探测领域[4];日本学者以人体和环境之间的温差为热源,利用热电材料制作成了世界上第一块环保又方便的温差发电手表;国内外的一些大型汽车企业和知名研究所都在研究如何利用汽车尾气的废热来发电,变废为宝。

高性能的热电材料要求同时具有高的seebeck系数、高的电导率和低的热导率。为了优化热运输性能,各种增强声子散射的声子工程方法[2]都被相继被应用于降低晶格热导率。自本世纪开始以来,纳米复合热电材料取得了一系列的重要进展[3],已经成为了发展新型高性能热电材料的一个重要的研究方向。这些重要的进展主要是通过在纳米-介观层次尺度上设计界面结构或者构建全尺度异质结构增强声子散射,进而降低晶格热导率。

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