热安全监测用热电结构设计及其在放热系统中应用研究

摘要

放热反应系统的热失控已成为化工企业安全生产面临的首要问题。为了实现安全生产，对放热反应系统进行实时监测并将多余的热量消除成为了研究者们努力的方向。随着热电材料的不断发展，基于热电材料塞贝克效应的温差电技术在热电转换取得了巨大突破，成为一种非常有潜力的热能回收利用的方法。同时利用其电动势与温差成线性关系的原理，可对系统温度进行实时监测。而高效的热电模块结构设计是实现该技术广泛应用的基础。 首先，通过对已报道的热电材料的热电性能进行对比分析，筛选出室温下热电转换效率最高的碲化铋基热电材料作为热电模块用基础材料。由于材料的纳米化能够有效提高热电转化性能，故本文通过火焰合成和水热法两种纳米材料制各方法分别对基础材料进行合成。然后，将两种方法制备的纳米粉体以冷压方式成型为半导体薄膜，并对影响半导体薄膜热电性能的因素进行对比研究，以得到半导体薄膜制备和测试的最佳条件。在此条件下，分别对不同方法合成的纳米粉体压制成型的半导体薄膜进行包括温差电动势、温差电流以及导电类型等性能参数的测试。根据半导体薄膜热电性能测试结果，设计半导体薄膜热电模块，并对其开路电压、短路电流、伏安特性以及输出功率等性能参数进行测试。最后，利用半导体薄膜热电模块的热电规律对放热反应系统进行温度监测。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2热电材料研究进展

1．2．1热电材料的发展概述

1．2．2纳米热电材料研究现状

1．3热电模块研究进展

1．3．1热电模块工作原理

1．3．2热电模块结构研究

1．3．3热电模块作为温差发电器的应用

1．3．4热电模块作为热能传感器的应用

1．4主要研究内容

2不同方法制备的热电材料属性研究及比较

2．1引言

2．2．1实验试剂

2．2．2实验仪器

2．2．4 Bi2Te3基热电材料的制各过程

2．2．5水热法合成的反应机理

2．3火焰合成法制备碲化铋基热电材料

2．3．1实验试剂

2．3．2平面滞止火焰合成系统

2．3．3制备过程

2．4 Bi2Te3基材料性能受制备方法影响研究

2．5小结

3 Bi2Te3基半导体薄膜制备及性能表征

3．1引言

3．2半导体热电薄膜制备

3．3半导体薄膜热电性能综合测试

3．3．1半导体薄膜热电性能测试平台

3．3．2半导体薄膜热电性能影响因素分析

3．3．3半导体薄膜热电性能测试

3．4小结

4热安全监测用热电模块的结构设计及优化

4．1引言

4．2热电模块性能理论研究

4．3半导体薄膜热电模块结构研究

4．3．1 P型半导体和N型半导体组合研究

4．3．2半导体薄膜热电模块的制备

4．4半导体薄膜热电模块热电性能综合测试

4．4．1开路电压随温差变化关系曲线

4．4．2短路电流随温差变化关系曲线

4．4．3输出电压与负载关系曲线

4．4．4输出电流与负载关系曲线

4．4．5伏安特性曲线

4．4．6输出功率随负载变化关系曲线

4．5小结

5热电模块在放热反应系统温度监测中的应用研究

5．1弓l言

5．2放热源的选择和制备

5．2．1放热源的选择

5．2．2放热源的制备

5．3热电模块在温度监测方面的研究与测试

5．3．1放热源的燃烧特性研究

5．3．2放热源的温度测试研究

5．4小结

6结论

6．1本文工作总结

6．2不足与展望

致谢

参考文献

附录