發(fā)布時(shí)間：2018-05-05 07:55

  本文選題：熱電材料 + ZT值　； 參考：《山東大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：熱電效應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換,在廢熱回收發(fā)電、綠色制冷、太空探測器供電等方面具有廣泛的應(yīng)用前景,因此受到了廣泛的關(guān)注。熱電轉(zhuǎn)換效率主要取決于熱電優(yōu)值系數(shù)ZT＝s2σT/κ,其中S, σ, κ, T分別為Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和絕對溫度。ZT值越高,熱電轉(zhuǎn)換效率越高。目前熱電參數(shù)的測量和熱電轉(zhuǎn)換效率的評(píng)估存在一些問題。首先,高溫Seebeck系數(shù)的測量精度不高,如常用的高溫?zé)犭妳��?shù)測試系統(tǒng)(Linseis LSR系列)測量Seebeck系數(shù)的精度為7%左右,給熱電轉(zhuǎn)換效率的評(píng)估帶來一定誤差；其次,在測量ZT值時(shí),Seebeck系數(shù)和電導(dǎo)率使用熱電參數(shù)測試系統(tǒng)(ZEM、LSR等)沿平行樣品表面方向測量,而熱導(dǎo)率使用導(dǎo)熱系數(shù)測試儀(如Netzsch、Linseis、TA等公司的熱導(dǎo)率測試設(shè)備)沿垂直樣品表面方向測量,當(dāng)材料具有各向異性時(shí)也會(huì)引起較大的誤差。針對上述兩個(gè)普遍存在的問題,本論文以熱電參數(shù)的精確測量為研究對象,自主搭建了兩套熱電參數(shù)測量設(shè)備,深入研究了影響Seebeck系數(shù)測量精度的因素,并嘗試開發(fā)了一種直接測量熱電優(yōu)值系數(shù)ZT的新方法。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處如下：一、基于對靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法的研究,自制了一套Seebeck系數(shù)和電阻測量設(shè)備,使用自制設(shè)備對影響Seebeck系數(shù)測量精度的因素進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)動(dòng)態(tài)法和靜態(tài)法可以消除寄生電勢的影響。使用靜態(tài)法測量時(shí),樣品溫差控制在1±0.SK以內(nèi),測量精度最高；控溫精度越高,測量精度越高,但是雖然控溫精度較差時(shí),測量結(jié)果波動(dòng)大,但是平均值與高控溫精度下的測量結(jié)果相差不大；有效地進(jìn)行電磁屏蔽可以提高測量精度。經(jīng)過對以上因素的研究,改進(jìn)傳統(tǒng)方法,可以將自制設(shè)備的Seebeck系數(shù)的測量精度提高到1.5%,優(yōu)于商用儀器7%的精度。使用動(dòng)態(tài)法測量,測量的速度高于靜態(tài)法,在同樣的測試環(huán)境下也具有較高的測量精度,小于7.2K/mmin的升溫速度變化對Seebeck系數(shù)的測量沒有大的影響。二、基于非平衡熱力學(xué),推導(dǎo)了等溫和絕熱狀態(tài)下的熱電參數(shù)方程組,發(fā)現(xiàn)通過測量熱學(xué)短路和熱學(xué)開路兩種狀態(tài)下的電導(dǎo)率可以直接獲得熱電優(yōu)值系數(shù)ZT：σT=σq(1+ZT),其中σT、σq分別代表熱學(xué)開路和短路下的電導(dǎo)率。基于理論分析的結(jié)果,自制了一套熱電參數(shù)測量設(shè)備。但目前該方法的測量誤差較大,其可行性以及產(chǎn)生誤差的原因需要進(jìn)一步研究。本論文較為系統(tǒng)地研究了高精度測量熱電參數(shù)的方法,利用靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法消除Seebeck系數(shù)測量中寄生電勢的影響,通過選擇合適的測量溫差、提高控溫精度、增加電磁屏蔽等手段大幅度提高了Seebeck系數(shù)的測量精度,并開發(fā)了一種直接測量熱電優(yōu)值ZT的新方法。研究結(jié)果為熱電參數(shù)的高精度測量提供了理論支持和技術(shù)參考,但由于時(shí)間原因,直接測量ZT新方法還未深入地研究,目前測量誤差較大,在后續(xù)的工作中將對其進(jìn)行優(yōu)化。
[Abstract]:Thermoelectric effect can realize the direct conversion of heat energy and electric energy. It has a wide application prospect in waste heat recovery generation, green refrigeration, space detector power supply and so on, so it has been paid more and more attention. The thermoelectric conversion efficiency mainly depends on ZT=s2 蟽 T / 魏, where S, 蟽, 魏 T are Seebeck coefficient, conductivity, thermal conductivity and absolute temperature. The higher the thermoelectric conversion efficiency is, the higher the thermoelectric conversion efficiency is. At present, there are some problems in the measurement of thermoelectric parameters and the evaluation of thermoelectric conversion efficiency. First, the measurement accuracy of high temperature Seebeck coefficient is not high. For example, the measurement accuracy of Seebeck coefficient is about 7%, which brings some error to the evaluation of thermoelectric conversion efficiency. In measuring ZT values, the Seebeck coefficient and conductivity are measured along the parallel surface direction using a thermoelectric parameter measuring system, ZEMN LSR, etc. When the thermal conductivity is measured along the vertical surface of the sample by using a thermal conductivity tester (such as the thermal conductivity testing equipment of Netzschi LinseisTA etc.), the larger error will be caused when the material has anisotropy. Aiming at the two common problems mentioned above, this paper takes the accurate measurement of thermoelectric parameters as the research object, builds two sets of measuring equipment of thermoelectric parameters independently, and deeply studies the factors that affect the precision of Seebeck coefficient measurement. A new method for directly measuring the coefficient of excellent value of thermoelectricity ZT has been developed. The main innovations of this thesis are as follows: firstly, based on the research of static and dynamic methods, a set of Seebeck coefficient and resistance measuring equipment is made, and the factors that affect the precision of Seebeck coefficient measurement are studied by using self-made equipment. It is found that dynamic method and static method can eliminate the influence of parasitic potential. When using static method, the temperature difference of the sample is controlled within 1 鹵0.SK, and the measurement accuracy is the highest. The higher the temperature control precision is, the higher the measurement precision is, but although the temperature control accuracy is poor, the measurement results fluctuate greatly. But the average value is not different from the measurement results with high temperature control precision, and the effective electromagnetic shielding can improve the measurement accuracy. Through the study of the above factors and the improvement of the traditional method, the measurement accuracy of the Seebeck coefficient of the self-made equipment can be improved to 1.5%, which is superior to the accuracy of the commercial instrument by 7%. The measuring speed of dynamic method is higher than that of static method, and the measurement precision is higher in the same testing environment. The change of heating speed less than that of 7.2K/mmin has no great influence on the measurement of Seebeck coefficient. Secondly, based on the nonequilibrium thermodynamics, the equations of thermoelectric parameters under isothermal and adiabatic state are derived. It is found that the thermal excellent coefficient ZT: 蟽 T = 蟽 Q 1 ZT can be obtained directly by measuring the conductivity of thermal short circuit and thermal open circuit, where 蟽 T and 蟽 Q represent the conductivity of thermal open circuit and short circuit respectively. Based on the results of theoretical analysis, a set of thermoelectric parameters measurement equipment is made. However, the measurement error of this method is large at present, its feasibility and the cause of the error need to be further studied. In this paper, the methods of high-precision measurement of thermoelectric parameters are studied systematically. The static method and dynamic method are used to eliminate the influence of parasitic potential in the measurement of Seebeck coefficient, and the accuracy of temperature control is improved by selecting appropriate temperature difference. The measurement accuracy of Seebeck coefficient is greatly improved by means of increasing electromagnetic shielding, and a new method for direct measurement of thermoelectric excellent value ZT is developed. The research results provide theoretical support and technical reference for high precision measurement of thermoelectric parameters. However, due to time reasons, the new method of direct measurement of ZT has not been thoroughly studied. At present, the measurement error is large, and it will be optimized in the following work.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB302

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