Исследование и разработка метода получения наноструктурированных композитов на основе твёрдых растворов халькогенидов висмута-сурьмы с полиэдрическими углеродсилоксановыми наночастицами типа "ядро-оболочка" - Дипломная работа

4.2 Пожароопасные свойства горючих веществ и материалов и меры безопасности при работе с ними. 4.3 Характеристика токсичных веществ и меры безопасностиЭкологическая безопасность5.2.1 Инвентаризация образующихся в процессе работы отходов, их использование и уничтожениеТермоэлектричество - явление прямого преобразования теплоты в электричество в твердых или жидких проводниках, а также обратное явление прямого нагревания и охлаждения спаев двух проводников проходящим током [1]. Термин «термоэлектричество» охватывает три взаимосвязанных эффекта: термоэлектрический эффект Зеебека и электротермические эффекты Пельтье и Томсона.Состоит эффект в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термо-ЭДС, если места контактов поддерживают при разных температурах. Величина возникающей термоэдс в первом приближении зависит только от материала проводников и температур горячего () и холодного () контактов. В простейшем случае коэффициент термоэдс определяется только материалами проводников, однако, строго говоря, он зависит и от температуры, и в некоторых случаях с изменением температуры меняет знак. Если вдоль проводника существует градиент температур, то электроны на горячем конце приобретают более высокие энергии и скорости, чем на холодном; В полупроводниках в дополнение к этому концентрация электронов проводимости растет с температурой. В результате возникает поток электронов от горячего конца к холодному и на холодном конце накапливается отрицательный заряд , а на горячем остается нескомпенсированный положительный заряд.Это явление заключается в том, что при прохождении постоянного электрического тока через контакт двух разнородных полупроводников на этом контакте в зависимости от направления тока поглощается или выделяется тепло Причина возникновения эффекта Пельтье на контакте полупроводников с одинаковым видом носителей тока (два полупроводника n-типа или два полупроводника р-типа) такая же, как и в случае контакта двух металлических проводников. Если направление тока таково, что носители тока с большей энергией, пройдя через спай, попадают в область с меньшей энергией, они передают избыток энергии кристаллической решетке, в результате чего вблизи контакта происходит выделение теплоты Пельтье (QП>0) и температура контакта повышается. Если же направление тока таково, что носители тока с меньшей энергией, переходя в область с большей энергией, заимствуют недостающую энергию от решетки, происходит поглощение теплоты Пельтье (QП<0) и понижение температуры контакта. Если ток в контакте идет от дырочного полупроводника к электронному, при этом электроны и дырки движутся навстречу друг другу и, встретившись, рекомбинируют, то в результате рекомбинации, в соответствии с рис.Эффект Томсона - одно из термоэлектрических явлений, заключающееся в том, что в однородном неравномерно нагретом проводнике с постоянным током, дополнительно к теплоте, выделяемой в соответствии с законом Джоуля - Ленца, в объеме проводника будет выделяться или поглощаться дополнительная теплота Томсона в зависимости от направления тока [1] (рис. Количество теплоты Томсона пропорционально силе тока, времени и перепаду температур, зависит от направления тока. В условиях, когда вдоль проводника, по которому протекает ток, существует градиент температуры, причем направление тока соответствует движению электронов от горячего конца к холодному, при переходе из более горячего сечения в более холодное, электроны передают избыточную энергию окружающим атомам(выделяется теплота), а при обратном направлении тока, проходя из более холодного участка в более горячий, пополняют свою энергию за счет окружающих атомов (теплота поглощается). Если полупроводник нагрет неравномерно, то концентрация носителей заряда в нем будет больше там, где выше температура, поэтому градиент температуры приводит к градиенту концентрации, вследствие чего возникает диффузионный поток носителей заряда. Если ток идет против внутреннего поля E", то внешнее поле должно совершать дополнительную работу при перемещении зарядов относительно поля E", что приведет к выделению тепла, дополнительного к ленц-джоулевым потерям.Диаграмма состояния Bi2Te3 - Sb2Te3 представляет собой непрерывный ряд твердых растворов. Равновесная фазовая диаграмма этой системы, изображенная на рис.6, была построена при скорости кристаллизации, не превышающей 0,25 мм/час. На этой диаграмме линии ликвидуса и солидуса смыкаются для составов Bi4/3Sb2/3Te3 и Bi2/3Sb4/3Te3, что можно объяснить упорядочением твердых растворов этих составов.Материалы на основе твердых растворов халькогенидов висмута, теллура и сурьмы широко применяются для изготовления термоэлектрических преобразователей энергии для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Термоэлектрические модули используются для производства электроэнергии путем прямого преобразования тепла в электричество. В настоящее время термоэлектрические модули активно используются в таких высокотехнологичных областях, как тел

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Термоэлектрические эффекты в полупроводниках

1.1.1 Эффект Зеебека

1.1.2 Электротермический эффект Пельтье

1.1.3 Электротермический эффект Томсона

1.2 Применение и свойства термоэлектрических материалов на основе твердых растворов халькогенидов висмута - сурьмы

1.2.1 Тройные твердые растворы

1.2.2 Области применения термоэлектрических материалов

1.3 Термоэлектрическая эффективность и пути ее повышения

1.3.1 Выбор оптимальной концентрации носителей тока

1.3.2 Влияние рассеяния фононов на границах нанозерен на теплопроводность наноструктурированного полупроводникового материала

1.4 Наноструктурированные композиты с наночастицами типа «ядро -оболочка»

2. Экспериментальная часть

2.1 Синтез полиэдрических органосилсесквиоксанов (ОССО)

2.2 Пиролизный отжиг полиэдрических частиц ОССО

2.3 Синтез твердых растворов халькогенидов заданного состава сплавлением исходных компонентов

2.4 Компактирование материала методом искрового плазменного спекания (SPS)

2.5 Исследование структурных и тэрмоэлектрических характеристик образцов

2.6 Обсуждение результатов

3. Экономическая часть

3.1 Технико-экономическое обоснование НИР

3.2 Расчет сметы затрат на выполнение НИР

3.2.1 Расчет затрат на материалы

3.2.2 Расчет затрат на заработную плату исполнителей дипломной НИР и единого социального налога

3.2.3 Расчет затрат, связанных с использованием оборудования и приборов

3.2.4 Расчет энергетических затрат

3.2.5 Расчет накладных расходов

3.2.6 Суммарные затраты на выполнение работы

3.3 Выводы по экономической части НИР

4. Охрана труда

4.2 Пожароопасные свойства горючих веществ и материалов и меры безопасности при работе с ними. Пожарная безопасность.

4.3 Характеристика токсичных веществ и меры безопасности

4.4 Обеспечение безопасности при работе с электроустановками

4.5 Анализ потенциально опасных и вредных факторов при выполнении экспериментальных исследований

4.6 Санитарно-гигиенические условия в рабочем помещении

4.6.1 Микроклиматические условия

4.6.2 Освещение

5. Экологическая безопасность

5.1 Общие положения

Введение наноструктурированный композит полупроводник раствор

В настоящее время в условиях мирового энергетического кризиса экономический рост, увеличение потребления энергии и глобализация мировой экономики чрезвычайно обостряют эту проблему. Согласно ежегодному отчету организации экономического сотрудничества и развития европейских стран коэффициент самообеспеченности энергоресурсами в Германии составляет 0,3908, во Франции - 0,4994, в Италии - 0,1634, в Великобритании - 0,9637 (в России - 1,8100). Европейские страны обеспокоены своей энергозависимостью и потому строят свою государственную и научно - техническую политику так, чтобы увеличить коэффициент самообеспеченности энергией. Успех этих программ в Европе может иметь для России свои неприятные последствия, такие как снижение экспорта добываемого топлива. Поэтому для России одна из самых актуальных и действенных мер по противодействию энергетическому кризису - реализация потенциала энергосбережения.

По оценкам специалистов потенциал энергосбережения в нашей стране практически равен объему экспортируемой из России нефти и газа и почти в 10 раз больше, чем вся энергия, вырабатываемая АЭС. На то, чтобы экономить энергию, требуется в 2 - 3 раза меньше инвестиций, чем на производство эквивалентного количества энергии.

В этой связи термоэлектрические преобразователи энергии в перспективе могут занять одно из ведущих мест в хозяйственной деятельности многих стран мира, так как они способны производить «экологически чистую» энергию без выбросов вредных веществ в окружающую среду.