热光伏系统选择辐射器材料的制备与辐射特性研究

【摘要】：热光伏发电系统(Thermophotovoltaic Energy Conversion System),简称TPV系统,具有高效、清洁、无噪声等优点,选择性辐射器作为TPV系统的重要组成部件,其性能直接影响系统的效率和使用寿命。本文的研究目的是制备高性能的辐射器材料,使辐射器的光谱发射性能与GaSb光电池的响应波段尽量匹配,以实现系统效率的最大化。论文采用在氧化镁中掺杂一定比例的过渡金属镍/钴,并通过模压成型工艺制成陶瓷薄片,制备出具有高性能的选择性辐射器材料。采用SEM电镜观察其微观形貌,并利用红外光谱测试装置,对其在不同温度下的光谱辐射特性进行测量。本文主要研究内容如下：(1)本章以四氧化三钴粉末(Co3O4,)/氧化镍(NiO)作为掺杂粒子,氧化镁粉末(MgO)作为基体材料,制备出氧化镁掺杂Co/Ni选择性辐射器材料。通过使用不同的分散剂,并改变分散剂和粘结剂的用量,以制得分散均匀的模塑料。采用模压成型工艺,研究成型压力对样品机械性能的影响,并制定出合理的烧结制度,以获得高致密度高强度的陶瓷样品。结果表明,采用三油酸甘油酯作分散剂且用量为2.1wt.%,粘结剂用量为3.2wt.%,模压成型压力为130kN,且烧结温度为1500℃时,能获得高性能陶瓷样品。(2)当氧化镁中掺杂了质量份额为2-4wt.%的氧化镍时,所得的选择性辐射器的辐射能量分布得到很好的优化控制：光谱辐射主要集中在光电池的红外响应效率比较高的波段范围内,同时,在不可转换的波段(1.9μm)范围内几乎不发射能量。随着氧化镍掺杂份额的增加,辐射器在1-1.9μm波段范围内的峰值发射率增大；光谱发射率在1-1.9μm波段范围内随着温度的升高而升高。(3)当氧化镁中掺杂了一定质量份额的四氧化三钴时,所得的选择性辐射器在1-2μm的波段范围内发射出更多的辐射能,具有较高的光谱发射率,在波长为1.45μm处附近,其发射率达到最大值,随着四氧化三钴掺杂份额的增加,辐射器在1-1.9μm波段范围内的峰值发射率增大；光谱发射率在1-1.9μm波段范围内随着温度的升高而升高。当掺杂物Co的浓度约为1-2mol%时辐射器的光谱辐射特性是最佳的。 【关键词】：热光伏发电系统 TPV 选择性辐射器 光谱辐射特性 过渡金属
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abrstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 本论文的研究意义和研究内容15-17
• 1.3.1 研究意义15
• 1.3.2 研究内容15-17
• 2 MgO掺杂Co/Ni选择性辐射器材料的制备17-35
• 2.1 实验部分17-21
• 2.1.1 实验材料17-18
• 2.1.2 主要实验设备18-21
• 2.2 实验过程21-22
• 2.3 性能测试22
• 2.4 结果与讨论22-33
• 2.4.1 各添加剂对浆料粘度及稳定性的影响22-27
• 2.4.1.1 分散剂对MgO/Co_3O_4/NiO浆料的影响23-25
• 2.4.1.2 粘结剂和塑化剂对MgO/Co_3O_4/NiO浆料的影响25-27
• 2.4.2 MgO/Co_3O_4/NiO陶瓷浆料的优化配方27
• 2.4.3 球磨时间对MgO/Co_3O_4/NiO浆料粘度的影响27-28
• 2.4.4 模压成型压力对素坯及烧结体的影响28-30
• 2.4.5 MgO/Co_3O_4/NiO陶瓷烧结制度的确定30-33
• 2.5 本章小结33-35
• 3 MgO掺杂Ni选择性辐射器材料的性能测试与研究35-52
• 3.1 实验测量设备35-37
• 3.2 实验测量步骤37-38
• 3.3 性能测试38
• 3.4 结果与讨论38-50
• 3.4.1 宏观及微观表面特性38-40
• 3.4.2 红外光谱辐射特性研究与分析40-50
• 3.5 本章小结50-52
• 4 MgO掺杂Ni选择性辐射器材料的性能测试与研究52-64
• 4.1 实验测量设备52
• 4.2 实验测量步骤52
• 4.3 性能测试52-53
• 4.4 结果与讨论53-63
• 4.4.1 宏观及微观表面特性53-54
• 4.4.2 红外光谱辐射特性研究与分析54-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70

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