【摘 要】
：
热电材料是一种能够实现热能与电能直接转换的功能材料,由于无法有效降低块体热电材料的热导率,其性能研究进展缓慢.自上世纪90年代初Hicks等提出了低维化能够显著提高热电材料性能的理论后,薄膜热电材料开始受到广泛关注.低维化提高材料性能的原因主要是材料在低维化后能够产生量子限制效应,使得电子在被压缩维度的运动受到限制.首先,在费米能级附近,与Seebeck系数呈正相关的电子态密度会增大,导致低维热电材料的Seebeck系数相比块体材料显著增大.其次,与块体材料相比,薄膜材料存在更多能够散射声子的晶界,能有效
【机 构】
：
北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;中国计量科学研究院前沿计量科学中心,北京100029;中国计量科学研究院前沿计量科学中心,北京100029;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100
论文部分内容阅读
热电材料是一种能够实现热能与电能直接转换的功能材料,由于无法有效降低块体热电材料的热导率,其性能研究进展缓慢.自上世纪90年代初Hicks等提出了低维化能够显著提高热电材料性能的理论后,薄膜热电材料开始受到广泛关注.低维化提高材料性能的原因主要是材料在低维化后能够产生量子限制效应,使得电子在被压缩维度的运动受到限制.首先,在费米能级附近,与Seebeck系数呈正相关的电子态密度会增大,导致低维热电材料的Seebeck系数相比块体材料显著增大.其次,与块体材料相比,薄膜材料存在更多能够散射声子的晶界,能有效降低晶格热导率.在这两种效应的共同作用下,材料的热电优值(ZT值)能够显著增大.低维热电材料的研究初期主要是通过数学模型和数值计算,从理论上证明量子效应会影响材料的Seebeck系数和电导率,且能实现二者的独立控制,从而提高材料的ZT值.后期的实验数据证明,通过合适的热处理工艺能够有效降低薄膜材料的缺陷,提高其综合性能.因此,热处理工艺的改进对性能的提升也非常重要.热电材料性能的提升离不开制备工艺的进步.为了获得低维化的热电材料,多种薄膜材料制备工艺被用于样品的制备,且不同的制备工艺各有优缺点.Bi-Te基合金不仅可用于低温发电还可用于低温制冷,是目前应用最广泛的低温热电材料,虽然其块体状态下的热电性能研究已趋于完善,但其薄膜状态下热电性能的理论研究还相差甚远,因此Bi-Te基低温薄膜热电材料成为研究热点.本文介绍了国内外采用不同制备工艺生长Bi-Te基热电薄膜材料的发展状况以及热电性能测试方法,提出了在目前发展薄膜热电材料时需要重点关注的方面,并对低维热电材料的发展方向进行了阐述.
其他文献
本研究选取山东、福建、广西三地原状海砂,测定了其物理和化学性质并与长沙本地河砂进行比较.结果表明,海砂的矿物组分、细度模数和压碎值与河砂基本相同,而不同地域海砂的氯离子和贝壳含量存在差异.采用不同地域的海砂和人工海水配制了C30、C40、C50强度等级的海水海砂混凝土(Seawater sea-sand concrete,SWSSC),测试了不同龄期海水海砂混凝土的抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度等关键力学性能,并与普通混凝土(Ordinary concrete,OC)进行了对比,采用XRD、SEM等手段
研究了不同水胶比下外加剂掺量对胶凝材料净浆流动度的影响,以及净浆流动度、中砂/净浆质量比双因素耦合作用下再生粗骨料裹覆砂浆厚度的变化规律;建立了胶凝材料净浆流动度与外加剂掺量,再生粗骨料裹覆砂浆厚度与净浆流动度、中砂/净浆质量比两个数学关联模型,并将两个数学关联模型应用到透水混凝土配合比设计中.结果表明,再生粗骨料裹覆砂浆厚度随砂浆流动度减小而增大,且骨料粒径愈大,其裹覆厚度愈大.采用再生骨料RCA-9.5配制含砂透水混凝土,其砂浆浆体稳定包裹再生粗骨料,无漏浆封底、露骨散架等问题;混凝土试件28 d抗压
为探究泡沫混凝土(Foamed concrete,FC)梁的断裂特性和裂缝扩展过程,采用不同密度和不同初始缝高比的试件,开展不同加载速率下的三点弯断裂试验.结果表明,FC梁的抗弯承载力具有加载速率效应,其峰值荷载随加载速率的上升而增大.但加载速率效应随FC密度的增长逐渐减弱,且初始缝高比越大,加载速率效应越不明显.FC梁抗弯承载力随密度的减小而下降,但其抵抗变形的能力增强.利用ABAQUS建立FC梁的有限元模型,借助扩展有限元方法(Extended finite element method,XFEM)模
2195铝锂合金薄壁件被广泛应用于航空航天领域,提高2195铝锂合金的成形性是实现其高性能成形制造的基础和前提.本工作通过不同温度(298～77 K)和不同应变速率(0.00025～0.01 s-1)的超低温单轴拉伸试验研究了变形温度和应变速率对2195铝锂合金超低温流变规律的影响,结合埃里克森杯突实验及断口形貌观察,分析了变形温度对成形性的影响机理.结果表明:变形温度由室温(298 K)降低至超低温(77 K),2195铝锂合金试样延伸率和抗拉强度较室温分别提升78.11％和71.13％;杯突值(lE)
激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)技术具有效率高、成本低、成形件性能优异等优点,成为零件修复和大尺寸构件制造的有效方法.然而,金属LMD成形是金属粉末、激光束和基体三者相互作用的一个多因素耦合过程,涉及流动熔池、快速非平衡凝固、固态相变以及复杂的温度和热应力演变.预测熔池流动情况、凝固规律以及温度应力的演变规律,对于成形试样的气孔、裂纹等缺陷控制,微观组织、力学性能和应力变形调控具有重要意义.数值模拟是一种经济、快捷的工具,对于LMD成形过程的粉末流动预测、熔池变化预
传统钢/铅粘接结构在使用或长期贮存过程中存在粘接层局部脱粘、老化或强度退化等问题,严重影响复合结构的完整性和长期稳定性.本工作提出采用钨极惰性气体(Tungsten inert gas,TIG)电弧复合熔滴沉积成形新方法实现45钢/铅合金双金属结构的直接冶金复合增材制造,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、硬度实验以及拉伸实验等方法对钢/铅双金属结构成形试样的界面组织特征与力学性能进行分析.结果表明,铅合金沉积层特征尺寸随TIG电弧热输入的改变呈现出明显的非线性依赖特征;45钢/铅合金双金属结构界面未被发现
界面过渡区一直是混凝土和再生混凝土的薄弱点,为了进一步研究界面过渡区对再生混凝土损伤性能的影响.本文工作对再生混凝土界面过渡区厚度的计算公式进行了推导,得到了再生混凝土界面过渡区的厚度定量计算公式,并计算了再生骨料掺量为30％(质量分数)的再生混凝土中不同粒径骨料的界面过渡区厚度.采用混凝土模型试验方法,运用有限元分析软件对普通混凝土界面过渡区厚度为0.05 mm和再生混凝土界面过渡区厚度分别为1 mm、2 mm、3 mm、4 mm的混凝土模型进行了模拟分析.结果表明,不同厚度的界面过渡区对再生混凝土损伤
选区激光熔化是一种使用聚焦高能激光束熔化粉末,逐层叠加成形零件的增材制造方法.选区激光熔化可以直接制备复杂结构零件和实现近净成形,能够方便地通过粉末预混添加或原位反应实现颗粒增强金属基复合材料的控形控性,具有独特的技术优势,受到广泛关注.本文综述了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展,总结了主要研究结果及存在的共性问题,并展望了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究方向和发展趋势.通过总结分析,指出选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料时,聚焦激光作用下形成的高温微小熔池凝固时间短,远远
电力工业废渣通过碱激发可再生成一种新型的、绿色的高性能无机聚合物胶凝材料.试验以一级低钙粉煤灰为原材料、水玻璃和氢氧化钠为复合碱性激发剂制备粉煤灰地聚物,通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验和扫描电镜试验,研究碱激发剂模数和养护龄期的变化对粉煤灰地聚物力学性能的影响.试验结果表明:激发剂模数是影响地聚物试样力学性能的重要因素,随着模数的增大,试样无侧限抗压强度先增大后减小,在各养护龄期下模数为1.1时试样的无侧限抗压强度最高;粉煤灰玻璃体在碱性溶液的侵蚀破坏下发生解聚-缩聚反应,生成的N-A-S-H凝胶
随着资源和环境问题日益突出,世界各国均对汽车工业节能减排提出了迫切的要求.用铸造耐热铝合金替代铸铁可大幅度减轻车身质量,因此铸造耐热铝合金成为新一代汽车发动机缸体和活塞的主流材料.然而,商业铸造铝合金的高温性能并不能较好地满足当前应用需求,并且快速凝固铝合金和铝基复合材料受限于高昂成本和制备复杂性而不能被大范围推广.因此,目前学术界和产业界的研究多集中于铸造铝合金耐热性能的提升和新型高温强化机理的探索.铸造耐热铝合金可分为三个体系:Al?Si、Al?Cu和Al?Mg.其中,Al?Si合金因具备优异的铸造流