课程大纲

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热电能量转换及性能测量技术

课程编码:085800M05002N 英文名称:Thermoelectric energy conversion and property measurement techniques 课时:40 学分:2.00 课程属性:专业普及课 主讲教师:张挺等

教学目的要求
本课程为能源动力专业研究生的专业普及课。课程主要包括热导率、热扩散率、发射率、塞贝克系数、优值系数等热电物性参数的物理含义、测量方法及应用;典型热电性能优化方法、纳米到宏观尺度热电性能参数的先进测量方法、热电材料/器件及其在“双碳“工程技术中的重要作用。通过本课程的学习系统掌握物质的热电物理性能参数的基本概念及其物理本质。熟悉国内外热电性能参数测量的主要仪器及前沿技术,热电性能优化的主要策略、先进柔性热电材料及器件应用。初步掌握通过尺度、组分、微观结构等分析获得热电性质的基本思路及方法,了解热电性质的测量方法及测试技术,特别是实验研究的基本思路、基本方法及前沿技术。初步掌握纳米到宏观的热电器件优化设计及其在”零碳“制冷、余废热发电、医学传感、深空深海”零噪“供电等反面的应用现状及前景。要求学生学习本课程时,多涉猎材料学及传热学有关学科,包括固体物理、纳米材料、传热学、热工基础等的有关内容。

预修课程
传热学、工程热力学、固体物理、纳米材料基础

大纲内容
第一章 热物性概论 张挺
第1节 基本内涵及需求 1.0学时
第2节 发展简史及现状 1.0学时
第二章 热输运特性基本概念及基本理论方法 张挺
第1节 气固液导热理论 1.0学时
第2节 界面热导及纳米尺度导热理论方法 1.0学时
第三章 热输运特性的实验方法与技术 张挺
第1节 热输运稳态法(绝对法、比较法、混合法、圆柱体法、矩形棒法及热电法)测量 2.0学时
第2节 热输运非稳态法(周期热流法、激光闪光法、热线热带法、探针法、比较法、3ω法、热反射法、热成像法等)测量 2.0学时
第四章 热电转换基本原理及性能优化 张挺
第1节 热电转化物理效应及基本理论 1.0学时
第2节 热电转换效率与热电材料性能优值 1.0学时
第3节 典型热电材料性能及优化策略 1.0学时
第4节 纳米结构热电输运理论与纳米热电材料 1.0学时
第五章 体材料热电性能测量技术 张挺
第1节 体材料电导率及塞贝克系数测量 1.0学时
第2节 体材料热导率测量 1.0学时
第六章 微纳薄膜及纤维热电性能测量技术 张挺
第1节 薄膜/纤维电导率测量技术 1.0学时
第2节 薄膜/纤维塞贝克系数测量技术 1.0学时
第3节 薄膜/纤维热导率测量技术 1.0学时
第4节 薄膜/纤维热电参数原位综合测量技术 1.0学时
第七章 热辐射定率及发射率测量方法 张挺
第1节 热辐射的基本概念、定律、物理量以及各参量之间的关系 1.0学时
第2节 发射率的测量方法及原理,包括量热法、反射法、能量法、多光谱法及近场辐射测量应用 1.0学时
第八章 典型热电材料及性能优化 张挺
第1节 硅基、Bi2T3、PbX等典型热电材料体系结构、性能优化及工程应用 2.0学时
第2节 笼结构、氧化物、类金刚石等典型热电材料体系结构、性能优化及工程应用 2.0学时
第九章 导电聚合物及其纳米复合 张挺
第1节 导电聚合物及其纳米复合热电材料的制备方法(粉体混合、溶液介质、原位聚合、自组装) 2.0学时
第2节 导电聚合物及其纳米复合热电材料的热电性能调控方法(掺杂、界面效应、迁移架桥、插层、分子链有序化)以及相关应用 2.0学时
第十章 微纳结构/复合热电材料及应用 张挺
第1节 微纳薄膜及应用 1.0学时
第2节 热电纳米粉体及应用 1.0学时
第3节 纳米复合热电材料及应用 2.0学时
第十一章 柔性热电纤维及应用 张挺
第1节 柔性热电纤维 1.0学时
第2节 纤维材料与器件 1.0学时
第3节 纤维织物及应用 1.0学时
第4节 柔性热电纤维展望 1.0学时
第十二章 热电器件设计集成与应用 张挺
第1节 器件结构及制备 1.0学时
第2节 器件设计与评价
器件界面及连接 1.0学时
第3节 微型器件设计与集成 1.0学时
第4节 器件应用及服役性能评价 1.0学时

参考书
1、 <> Lei Wei 2020 Springer Nature Singapore Ltd.

课程教师信息
张挺,中科院工程热物理研究所研究员。主要从事微纳热电材料及器件研发,在高性能热电材料及柔性热电功能纤维方面取得突破进展。主持参与新加坡教育基金项目、国家自然基金、科技部973课题、教育部重点项目及中科院项目等。在包括Nature Communications 、Advanced Materials、Nano Energy等期刊发表SCI论文40篇,授权发明专利6项。
郑兴华,中科院工程热物理研究所副研究员。主要从事微纳尺度材料热电性能表征技术及传蓄热机理研究。主持国家自然基金、973子课题、中科院仪器装备研制项目等。在包括Carbon、APL、JMCA等期刊发表SCI论文32篇,授权专利16项。