熱光伏系統(tǒng)選擇輻射器材料的制備與輻射特性研究

【摘要】：熱光伏發(fā)電系統(tǒng)(Thermophotovoltaic Energy Conversion System),簡稱TPV系統(tǒng),具有高效、清潔、無噪聲等優(yōu)點,選擇性輻射器作為TPV系統(tǒng)的重要組成部件,其性能直接影響系統(tǒng)的效率和使用壽命。本文的研究目的是制備高性能的輻射器材料,使輻射器的光譜發(fā)射性能與GaSb光電池的響應(yīng)波段盡量匹配,以實現(xiàn)系統(tǒng)效率的最大化。論文采用在氧化鎂中摻雜一定比例的過渡金屬鎳/鈷,并通過模壓成型工藝制成陶瓷薄片,制備出具有高性能的選擇性輻射器材料。采用SEM電鏡觀察其微觀形貌,并利用紅外光譜測試裝置,對其在不同溫度下的光譜輻射特性進行測量。本文主要研究內(nèi)容如下：(1)本章以四氧化三鈷粉末(Co3O4,)/氧化鎳(NiO)作為摻雜粒子,氧化鎂粉末(MgO)作為基體材料,制備出氧化鎂摻雜Co/Ni選擇性輻射器材料。通過使用不同的分散劑,并改變分散劑和粘結(jié)劑的用量,以制得分散均勻的模塑料。采用模壓成型工藝,研究成型壓力對樣品機械性能的影響,并制定出合理的燒結(jié)制度,以獲得高致密度高強度的陶瓷樣品。結(jié)果表明,采用三油酸甘油酯作分散劑且用量為2.1wt.%,粘結(jié)劑用量為3.2wt.%,模壓成型壓力為130kN,且燒結(jié)溫度為1500℃時,能獲得高性能陶瓷樣品。(2)當氧化鎂中摻雜了質(zhì)量份額為2-4wt.%的氧化鎳時,所得的選擇性輻射器的輻射能量分布得到很好的優(yōu)化控制：光譜輻射主要集中在光電池的紅外響應(yīng)效率比較高的波段范圍內(nèi),同時,在不可轉(zhuǎn)換的波段(1.9μm)范圍內(nèi)幾乎不發(fā)射能量。隨著氧化鎳摻雜份額的增加,輻射器在1-1.9μm波段范圍內(nèi)的峰值發(fā)射率增大；光譜發(fā)射率在1-1.9μm波段范圍內(nèi)隨著溫度的升高而升高。(3)當氧化鎂中摻雜了一定質(zhì)量份額的四氧化三鈷時,所得的選擇性輻射器在1-2μm的波段范圍內(nèi)發(fā)射出更多的輻射能,具有較高的光譜發(fā)射率,在波長為1.45μm處附近,其發(fā)射率達到最大值,隨著四氧化三鈷摻雜份額的增加,輻射器在1-1.9μm波段范圍內(nèi)的峰值發(fā)射率增大；光譜發(fā)射率在1-1.9μm波段范圍內(nèi)隨著溫度的升高而升高。當摻雜物Co的濃度約為1-2mol%時輻射器的光譜輻射特性是最佳的。 【關(guān)鍵詞】：熱光伏發(fā)電系統(tǒng) TPV 選擇性輻射器 光譜輻射特性 過渡金屬
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abrstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本論文的研究意義和研究內(nèi)容15-17
• 1.3.1 研究意義15
• 1.3.2 研究內(nèi)容15-17
• 2 MgO摻雜Co/Ni選擇性輻射器材料的制備17-35
• 2.1 實驗部分17-21
• 2.1.1 實驗材料17-18
• 2.1.2 主要實驗設(shè)備18-21
• 2.2 實驗過程21-22
• 2.3 性能測試22
• 2.4 結(jié)果與討論22-33
• 2.4.1 各添加劑對漿料粘度及穩(wěn)定性的影響22-27
• 2.4.1.1 分散劑對MgO/Co_3O_4/NiO漿料的影響23-25
• 2.4.1.2 粘結(jié)劑和塑化劑對MgO/Co_3O_4/NiO漿料的影響25-27
• 2.4.2 MgO/Co_3O_4/NiO陶瓷漿料的優(yōu)化配方27
• 2.4.3 球磨時間對MgO/Co_3O_4/NiO漿料粘度的影響27-28
• 2.4.4 模壓成型壓力對素坯及燒結(jié)體的影響28-30
• 2.4.5 MgO/Co_3O_4/NiO陶瓷燒結(jié)制度的確定30-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 3 MgO摻雜Ni選擇性輻射器材料的性能測試與研究35-52
• 3.1 實驗測量設(shè)備35-37
• 3.2 實驗測量步驟37-38
• 3.3 性能測試38
• 3.4 結(jié)果與討論38-50
• 3.4.1 宏觀及微觀表面特性38-40
• 3.4.2 紅外光譜輻射特性研究與分析40-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 4 MgO摻雜Ni選擇性輻射器材料的性能測試與研究52-64
• 4.1 實驗測量設(shè)備52
• 4.2 實驗測量步驟52
• 4.3 性能測試52-53
• 4.4 結(jié)果與討論53-63
• 4.4.1 宏觀及微觀表面特性53-54
• 4.4.2 紅外光譜輻射特性研究與分析54-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 5 結(jié)論與展望64-66
• 5.1 結(jié)論64-65
• 5.2 展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-70

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