“电子晶体-声子液体”热电模块形状稳定性调制与热电性能增强研究

批准号:
51372092
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
何琴玉
依托单位:
学科分类:
E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
谢元栋、雷正大、罗海津、陈振瑞、张勇、钟斌、钟伟
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中文摘要
本项目致力于研究具有"电子晶体-声子液体"特性的超导离子体Cu2-xSe基热电模块形状稳定性与热电性能增强机理。Cu2-xSe基热电材料预期具有超高ZT, 具有巨大的商业应用前景。但其在中、高温温差发电时热端容易产生形变。本项目在过去一年研究的基础上,探讨出形成形变的原因是由于温差发电时产生了Cu+(I)的缺失,导致熔点下降引起的。为此,本项目拟掺入比Se熔点高的非金属元素替代Se来提高Cu2-xSe基热电模块的熔点。另一方面,拟通过调制阳离子环境来调制该超导离子体的电导率与热导率,从而提高其ZT。以上提出的这两种方法都是本项目的关键点和创新点。本项目通过以上研究探索出提高Cu2-xSe基热电模块在温差发电时的形状稳定性的途径,总结出提高Cu2-xSe基热电模块热电性能的阳离子掺杂规律,制备出ZT>1.9的模块。为Cu2-xSe的商业应用提供应用基础理论和关键技术。
英文摘要
This project focuses on the improvement of shape stability and thermoelectric properties of superionics Cu2-xSe bulk characteristic of "electron crystal, phonon liquid". Cu2-xSe is expected to possess very big ZT,which meets the commercial requirement of thermoelectrics. Unfortunately, the hot end of Cu2-xSe module is bent or deformed during working at moderate or elevated temperature. In our research last year it was found that the above-said "bent" or "deformed" is aroused by dropped melting point (MP) owing to the deficiency of Cu+(I).Consequently, this project trys to increase the MP of Cu2-xSe module through doping non-metal element with higher MP than that of Se element.And for commercial purpose, this project also pursue for enhancing the ZT of Cu2-xSe-based bulk by doping cation, which can adjust the devoids that dominantly influence the electrical conductivity and thermoelectrical conductivity, therefore ZT. The above-proposed methods are the key points, as well as the creativities of this project.By this project, the way to improve the shape stability of Cu2-xSe bulk during working at moderate or elevated temperature will be found, and the doping requirements of enhancing ZT of Cu2-xSe module can be given,as well as a module with ZT equal to or larger than 1.9 will be produced.This project will supply basic application theory and key technology of Cu2-xSe for the commercial application purpose.
现有能源的利用率最高不到40%,其他的以热量形式耗散到环境中。而热电材料能将热能转换成电能。但现有的热电材料由于转换效率低,还没有被大规模商业化应用。热电材料的转换效率与其绩效因子ZT有关。ZT越高,转换效率越高。故目前热电领域积极寻找具有内禀高ZT的材料,同时通过能带工程等方法提高ZT..ZT=σS2/k (公式1).其中σ为材料电导率,S为Seebeck系数,k为热导率。从公式1可以看出,要获得高的ZT,σ和S越大越好,K越小越好。但k=ke+kL,其中ke=LσT,L 为常数,T为绝对温度。故当σ增加时,ke会增加。影响ZT的三个因素相互牵制。故不能一味地增加σ.人们大多采用降低kL. kL是晶格热导率。在这一机制中最理想的热电材料具有“电子晶体,声子玻璃”的性质。即导电性很好,晶格像玻璃一样热导率很低。.Cu2-xSe由于具有超导离子而具有近乎玻璃晶体的热导性质,故具有获得高ZT的一些内禀性质。但该材料在高温容易变形,不利于产业化。故本项目通过掺杂等方法获得具有超高热电性能的Cu2-xSe(0≤x≤0.25)基热电模块的形状稳定性及热电性能增强机理。预期ZT≥1.9,发表论文2-3篇,申请专利3-5件。.本项目通过完成项目各项内容,获得了ZT=2.62的不变形块体热电材料的最高记录。到目前为止国际上还没有人在块体热电材料上获得突破。该项目执行期间通过在其中掺入阳离子(K+,Ni2+ ,Fe2+, Co2+,Al3+, Fe3+, Mo6+, Nb5+)\阴离子(cl-1、P5+、石墨烯、无定形碳),我们发现,阳离子化合价为+3有利于块体形状稳定。我们还额外发现了一步就可以在块体材料中掺入石墨烯的方法。这些石墨烯有有利于在高温稳定块体形状,制备时形成层结构,散射声子,进而提高ZT。层状结构有利于提高ZT也是发现的提高ZT的机制之一。最后我们发现通过在样品中同时掺入铝和石墨烯最能稳定Cu2-xSe的形状。完成该项目期间发表相关论文18篇,申请专利9件,其中专利授权7件。.超额完成了项目的执行内容和指标。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Structure and up-conversion luminescence of Pr3+/Yb3+ co-doped CaNb2O6 thin films by pulsed laser deposition
脉冲激光沉积Pr3/Yb3共掺杂CaNb2O6薄膜的结构和上转换发光
DOI:10.3788/col201513.051603
发表时间:2015-05
期刊:Chinese Optics Letters
影响因子:3.5
作者:Wang Yinzhen;Duan Pingping;Li Ning;Sun Xuwei;Chu Benli;He Qinyu;Di Juqing;Di Juqing;Zhang Liaolin;Deng Junyong;Zhang Liaolin;Deng Junyong;Wang YZ
通讯作者:Wang YZ
Structure and Upconversion Luminescence of Er3+,Yb3+ Codoped CaNb2O6 Thin Films by Pulsed Laser Deposition
脉冲激光沉积 Er3,Yb3 共掺杂 CaNb2O6 薄膜的结构和上转换发光
DOI:--
发表时间:2015
期刊:Journal of Advanced Materials
影响因子:--
作者:Yinzhen Wang;Ning Li;Pingping Duan;Juqing Di;Liaolin Zhang;Benli Chu;Qinyu He
通讯作者:Qinyu He
Influence of Annealing Temperature on Structural, Morphology, Optical and Photocatalytic Properties of -Ga2O3 Thin Films
退火温度对γ-Ga2O3薄膜结构、形貌、光学及光催化性能的影响
DOI:--
发表时间:2014
期刊:Science of Advanced materials
影响因子:0.9
作者:Yinzhen Wang;Ning Li;Pingping Duan;Liaolin Zhang;Benli Chu;Qinyu He;Qiuqiang Zhan
通讯作者:Qiuqiang Zhan
Design and simple synthesis of composite Bi12TiO20/Bi4Ti3O12 with good photocatalytic quantum efficiency and high rate of production of photogenerated hydroxyl radicals
设计并简单合成具有良好光催化量子效率和高光生羟基自由基产生率的Bi12TiO20/Bi4Ti3O12复合材料
DOI:--
发表时间:2016
期刊:Phys. Chem. Chem. Phys.
影响因子:--
作者:Chun Du;Donghai Li;Qinyu He;Junming Liu;Wei Li;Guannan He;Yinzhen Wang
通讯作者:Yinzhen Wang
DOI:10.1155/2014/298619
发表时间:2014-03
期刊:Journal of Nanomaterials
影响因子:--
作者:Zhenrui Chen;W. Zhong;Z. Liang;Weiqian Li;Guannan He;Yinzhen Wang;Wei Li;Yuandong Xie;Qinyu He
通讯作者:Zhenrui Chen;W. Zhong;Z. Liang;Weiqian Li;Guannan He;Yinzhen Wang;Wei Li;Yuandong Xie;Qinyu He
掺碳、氮二氧化钛多孔块体光生载流子寿命延长新机理探索
- 批准号:51672090
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:何琴玉
- 依托单位:
浓度梯度掺杂形成方向一致内建场对热电材料Seebeck系数非正负对称提高的研究
- 批准号:51172078
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:何琴玉
- 依托单位:
国内基金
海外基金
