四川理工-材料物理性能-擴展-熱電材料

1、熱電材料(cilio)共二十七頁熱電材料(cilio)基本原理共二十七頁熱電材料(cilio)基本原理共二十七頁熱電材料(cilio)基本原理共二十七頁熱電材料(cilio)基本原理共二十七頁熱電材料(cilio)的應用共二十七頁熱電材料(cilio)的應用熱電致冷：體積小重量輕結構簡單堅固耐用無需運動(yndng)部件無磨損無噪音共二十七頁熱電材料(cilio)的應用美國(mi u)、德國、日本、韓國等汽車公司（ GM、 BMW、HONDA、大眾、現(xiàn)代等）正在開展相關研發(fā)工作，可節(jié)省油耗5%；國內(nèi)相關研究剛剛起步（上汽）利用燃燒熱、地熱、體表溫差等熱源，為野外作業(yè)、偏遠山區(qū)、小型電器、植入式

2、醫(yī)療器械等提供電能共二十七頁共二十七頁地熱(dr)1、國內(nèi)外現(xiàn)狀(xinzhung)共二十七頁1、國內(nèi)外現(xiàn)狀(xinzhung)熱電器件的轉化效率(xio l)的最大值只有10%左右，這遠低于普通熱機的40%的轉換效率(xio l)。Seebeck 系數(shù)電導率溫差熱導率共二十七頁Mg2Si的研究方向1、熱電性能2、服役(f y)環(huán)境中的力學行為1、國內(nèi)外現(xiàn)狀(xinzhung)共二十七頁1、國內(nèi)外現(xiàn)狀(xinzhung)熱電原件在循環(huán)(xnhun)熱載荷作用下將發(fā)生熱膨脹或收縮，而器件的熱膨脹或收縮并不是自由的，受到一定的約束作用。由于不同的材料其熱膨脹系數(shù)相差很大，此時將產(chǎn)生循環(huán)(xnhun

3、)熱應力，器件內(nèi)高溫部分應力較大，尤其是在界面上，由于存在嚴重的熱膨脹系數(shù)不匹配導致應力很大。其中溫度載荷的最大值可以達到500-600 ，而由溫度載荷引起的熱應力的最大值可能超過材料的強度極限，造成熱電材料或器件出現(xiàn)破壞。應力分布情況共二十七頁2、Mg2Si的基本(jbn)力學性能塊體(kui t)共二十七頁2、Mg2Si的基本(jbn)力學性能塊體(kui t)共二十七頁2、Mg2Si的基本(jbn)力學性能塊體(kui t)在應變很小的情況下呈線性增加;隨著應變的增大，在達到極限應變時，應力突然將為零，出現(xiàn)斷裂破壞應力隨應變呈非線性增大;通過應力一應變曲線可以看出，Mg2Si單晶塊體在不

4、同溫度下的拉伸力學行為表現(xiàn)為脆性材料。共二十七頁2、Mg2Si的基本(jbn)力學性能塊體(kui t)變形速度共二十七頁2、Mg2Si的基本(jbn)力學性能薄膜共二十七頁2、Mg2Si的基本(jbn)力學性能納米線共二十七頁2、含空位(kn wi)Mg2Si的力學性能20000步以前，單個原子勢能波動很大，這表明系統(tǒng)還不穩(wěn)定。由于Mg原子的缺失，有些原子的近鄰作用將會缺失，原子在新的近鄰原子的作用下，將重新尋找新的平衡位置。當時間步在20000以后時，單個原子平均勢能曲線不再波動，呈水平直線，說明此時系統(tǒng)在經(jīng)過足夠時間步的弛豫以后，各個原子己經(jīng)到達了新的平衡位置，整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著

5、原子的缺位率的增大，其單個原子的勢能變大的趨勢(qsh)。表明空位缺陷的出現(xiàn)使得結構中原子的勢能變大，晶體結構的穩(wěn)定性減弱。共二十七頁空位對Mg2Si材料(cilio)的熱導率有很大的影響，較小比例的空位出現(xiàn)，可以大幅度地降低Mg2Si單晶材料的晶格熱導率。在空位比例從0%到5%變化的過程中，單晶Mg2Si材料的晶格熱導率降低了92%。2、含空位(kn wi)Mg2Si的力學性能共二十七頁2、含空位(kn wi)Mg2Si的力學性能共二十七頁2、含微孔(wi kn)Mg2Si的力學性能共二十七頁2、含微孔(wi kn)Mg2Si的力學性能共二十七頁2、含微孔(wi kn)Mg2Si的力學性能共

6、二十七頁2、含微孔(wi kn)Mg2Si的力學性能增強熱電材料的熱電性能的有效方式是降低其晶格熱導率。所以在實際的實驗中往往會在材料中引入納米尺度孔洞，增強聲子散射，達到降低晶格熱導率的目的。但是納米孔洞的引入會對結構的穩(wěn)定性造成影響，近而影響材料的力學性能。所以本文對含納米孔洞的單晶塊體Mg2Si熱電材料的熱傳導過程和單軸拉伸過程進行模擬，重點研究(ynji)不同的孔隙率和孔徑對材料晶格熱導率和基本力學性能的影響規(guī)律。結果表明，引入納米孔洞的缺陷以后，Mg2Si材料的晶格熱導率出現(xiàn)大幅度降低。較小的孔隙率(3%)的出現(xiàn)能夠引起單晶塊體Mg2Si晶格熱導率超過50%的降幅。在孔洞均勻分布的條

7、件下，增加孔徑和增加孔隙率會使晶格熱導率的降幅更為顯著;同時納孔的引入也降低了Mg2Si晶格的穩(wěn)定性，導致其拉伸力學性能退化。其中彈性模量和孔隙率滿足反比例函數(shù)關系。隨著空隙率的增大，彈性模量緩慢降低，但是降低的幅度不大。但是孔洞缺陷的存在對極限強度的影響非常顯著，較小孔隙率(C 3%)能顯著降低其極限強度（60%）。在孔隙率一定和納孔均勻分布的條件下，采取小孔能改善其力學性能。共二十七頁內(nèi)容摘要熱電材料。熱電器件的轉化效率的最大值只有10%左右，這遠低于普通熱機的40%的轉換效率。熱電原件在循環(huán)熱載荷作用下將發(fā)生熱膨脹或收縮，而器件的熱膨脹或收縮并不是自由的，受到一定的約束作用。隨著原子的缺位率的增大，其單個原子的勢能變大的趨勢。表明空位缺陷的出現(xiàn)使得結構中原子的勢能變大，晶體結構的穩(wěn)定性減弱。在空位比例從0%到5%變化的過程中，單晶Mg2Si材料的晶格熱導率降低了9