高溫溫差發(fā)電半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計及其疲勞壽命分析.pdf

1、溫差發(fā)電技術(shù)是一種基于塞貝克效應(yīng)可以將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的方式，無需化學反應(yīng)或流體介質(zhì)，發(fā)電過程具有經(jīng)濟、環(huán)保和方便等優(yōu)點，可以合理利用太陽能、工業(yè)余熱等低品位熱源進行發(fā)電。在當前環(huán)境要求前提下，溫差發(fā)電技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢在能源回收利用等方面將發(fā)揮重要的作用。
　　目前，溫差發(fā)電還存在溫差電組件發(fā)電性能低、使用壽命短、可靠性不高等問題。在高溫環(huán)境下，各部件之間的連接處容易發(fā)生物質(zhì)遷移及原子擴散，從而導(dǎo)致熱電材料性能下降或失效，由各

2、材料之間熱膨脹系數(shù)的不匹配產(chǎn)生的熱應(yīng)力容易導(dǎo)致連接處的斷裂。因此，有必要對溫差發(fā)電器通過熱應(yīng)力分析進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及壽命分析。
　　本文以溫差發(fā)電半導(dǎo)體四電偶臂模型及二級溫差電元件為研究對象，采用比較成熟的半導(dǎo)體材料（碲化鉛）作為電偶臂材料，設(shè)計并適當改進了半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，并且對二級溫差電元件模型結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，通過有限元軟件研究，完成的主要工作如下：
　?、鸥鶕?jù)溫差發(fā)電基本原理及普通結(jié)構(gòu)特征，確定材料參數(shù)及結(jié)構(gòu)基本尺寸，完成改進溫差

3、電元件模型，并對不同形狀電偶臂模型進行對比分析，了解不同電偶臂形狀和固定方式對發(fā)電效果及其熱應(yīng)力水平情況的影響。
　?、茖μ菪嗡碾娕急勰Ｐ图岸墱夭铍娫M行了進行深入的分析，研究了梯形電偶臂幾何尺寸、電偶臂間距及陶瓷基體厚度對模型的發(fā)電性能和熱應(yīng)力水平的影響；并且研究了二級模型上下級電偶對數(shù)比對熱電性能及熱應(yīng)力水平的影響。
　?、且罁?jù)溫差發(fā)電器的工作狀況，確定了溫差發(fā)電器的疲勞分析機理及失效機理，利用 Workbench軟