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题名 热电材料特性及器件的热-电-力学性能研究
姓名 贾晓东
院系 土木工程与力学学院
专业 固体力学
学位名称 工学博士
外文题名 Studies on the properties of thermoelectric materials and thermal-electrical-mechanical behaviors of thermoelectric devices
第一导师姓名 高原文
关键词 热电材料;热电器件;热电效应;电子输运;界面散射;尺度效应;磁场效应;热-电耦合;热-力耦合
外文关键词 thermoelectric material;thermoelectric device;thermoelectric effect;electron transport;interface scattering;scale effect;magnetic field effect;thermal-electrical coupling;thermal-mechanical coupling
学科 工学
摘要 热电器件是一种绿色的能量转换装置。如何提高热电转换效率成了热电领域的关键科学问题。本文对多晶热电膜材的热电转换系数以及热电器件的热-电耦合和热-力耦合性能进行了系统研究,以期为热电材料和热电器件性能的改善提供理论参考。首先,基于电子输运理论,建立了同时考虑晶界效应和膜面效应的多晶热电膜材Seebeck系数和电导率的理论模型,预测了热电参数的厚度尺寸效应以及随着晶粒个数和散射系数的变化规律。为了揭示磁场环境对热电特性参数的影响,本文在忽略膜表面对电子输运影响的前提下,建立了Seebeck系数和电导率的磁场效应的理论模。其次,利用有限元方法建立了稳态和瞬态条件下的线型结构热电器件的输出性能的计算模型,研究了输出功率和转换效率对热电偶几何尺寸的依赖性。最后,建立了用于评估分段热电发电器件的热电输出性能和力学性能的三维有限元模型,确定出力学性能较优且转换效率较高的实际的优化工况。
外文摘要 Thermoelectric (TE) energy is a new renewable clean source of energy. In this dissertation, a theoretical model is presented to predict the Seebeck coefficient and the electrical conductivity for a polycrystalline TE film by considering the combined effects of the film-surface scattering and grain-boundary scattering; a theoretical model of the magnetic effect on the Seebeck coefficient and the electrical conductivity is established; the predictive models on the TE performance of linear-shaped TE generators under steady state and transient conditions are built, individually; a 3D finite element model is established to estimate the TE and mechanical performance of the segmented TE generator. The work will provide a theoretical reference for improving the performance of TE materials and TE devices.
研究领域 电磁固体力学与智能结构
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