摘要。建立了一个由光伏太阳能供电的热电冷却系统,并用不同的热负荷进行了评估。热电冷却模块消耗 70 W,由 90 W 和 40 Ah 电池的光伏系统供电。测量了每个组件(面板、电池和电荷)中的电压和电流。测试是在用于疫苗的玻璃容器中放置不同热负荷的情况下进行的。为了分析冷却和保存过程,实验在室温下开始。结果表明,热电冷却系统适用于较小的热负荷,并且可以应用于偏远地区的疫苗运输,在这些地区,人们将药物放在小容器中,而这些容器无法保持疫苗保存所需的温度。
这使得它们可以使用更少的接触,从而实现更高效的热电转换。具有“轴相关传导极性 (ADCP)”或角极导体的材料,在一个方向上传导正电荷 (p 型 ),在另一个方向上传导负电荷 (n 型 ),是横向热电装置的有希望的候选材料。不幸的是,到目前为止,对横向热电效应 (TTE) 的直接演示研究较少。
本研究设计并数值研究了一个新的热控制系统,用于用于航天器系统光学有效载荷的检测器。系统使用热电冷却器(TEC)作为维护冷手指在所需的设定点保持探测器温度的活性元件,使其在整个操作过程中保持在所需的范围内。该系统没有使用任何热管网络,而是使用附着在TEC热侧的辐射器将热负载耗散到环境空间环境中。使用有效属性的系统级建模用于对TEC的性能进行建模,而无需对任何内部复杂的几何形状进行建模。与温度相关的电流轮廓用作TEC的输入条件,因此TEC仅消耗所需的外部功率。研究了散热器的TEC设定点和几何参数的效果,并观察到,通过使用较大的设定点或具有较大尺寸的散热器,获得了功耗或提高性能系数的大幅度降低。该系统将进一步研究不同的热载荷和占空比(在100分钟的轨道周期内高达50%),以评估其在不同操作条件下的功效。还研究了该系统的连续操作周期,可以观察到,连续循环之间的循环误差最终将其变为零至零,因此表明在整个系统的整个生命中,都满足了连续的循环的温度控制要求。
沿温度梯度热扩散的离子热电材料是最近出现的一类新型材料。在这些材料中,离子的热扩散产生的热电压比暴露在相同温度梯度下的经典电子热电材料高几个数量级。电解质如今被视为热电材料,因为它们成本低、热导率低、热稳定性和电稳定性高。[5] 另一个主要优点是工作温度低于 250°C,这包括 50% 的所有产生废热。[6] 沿热梯度热扩散的离子无法进入电子电路,因此会积聚在电极/电解质界面,形成双电层。在对理想超级电容器进行热充电时,存储的电能与热电压二次相关:
强场物理中许多有趣的实验都需要产生长波长激光脉冲[1-4]。最近,在 1 kHz 或更高重复率下工作的少周期、载波包络锁相、mJ 级短波红外 (SWIR,1.4-3 µ m) 激光器方面取得了进展,推动了水窗口 (282 至 533 eV) 中阿秒 X 射线源的开发[5]。利用中波红外 (MWIR,3-8 µ m) 驱动激光器已经证明了光谱截止超过 1 keV 的高次谐波产生[6]。3.5-5 µ m 大气透射窗口内的高峰值功率 (100 千兆瓦级) 脉冲能够通过克尔透镜效应在空气中自聚焦形成细丝[7,8];这种脉冲是国防应用的理想选择,因为它们可以以极高的精度和最小的衰减对目标造成最大伤害。由于在 MWIR 波长区域工作的增益介质有限,光参量啁啾脉冲放大(OPCPA)成为最佳方法。1 µ m 激光器泵浦的氧化物非线性晶体,如砷酸钛钾(KTA),能够在 3.9 µ m 波长下产生 30 mJ、80 fs、20 Hz 脉冲[9]。2 µ m 泵浦源使基本可能的上限转换效率翻倍,并且可以使用非线性度更大的非氧化物晶体,如 ZnGeP 2(ZGP),d 36 = 75 pm/V [10 – 12]。ZGP 的热导率为 36 W/(m·K),是 KTA 的 20 倍,对于高重复率/高平均功率操作至关重要。在用 1.94 µ m Tm:光纤激光器泵浦时,Ho:YLF 能够将 2 µ m 皮秒脉冲放大到几十毫焦耳[13-15]。Ho 3 +的 5 I 8 和 5 I 7 流形分别包含 13 个和 10 个能级,如图 1 所示[16]。2.05 µ m 脉冲的放大归因于模拟的上激光能级 N 2 (在 5153 cm − 1 处)和下激光能级 N 1 (在 276 cm − 1 处)之间的发射跃迁。由于基态 N 0 (在 0 cm − 1 处)和下激光能级之间的能量差很小,Ho:YLF 被认为是准三能级增益介质。如图 1 所示,相关激光能级的粒子数随温度而变化,因此 Ho:YLF 等准三能级放大器的增益在很大程度上取决于温度。高能皮秒 Ho:YLF 激光器通常基于啁啾脉冲放大 (CPA)。在产生超过 20 mJ 能量的 2 µ m 皮秒 CPA 激光器中,前置放大器的脉冲由功率放大器增强。最终输出能量由输入脉冲能量和增强器的增益决定。最近,在 2016 年 11 月 1 日展示了一种使用再生放大器和两级增强器放大输出 56 mJ 的 Ho:YLF CPA 系统。
欧洲能源转型计划设立了明确的目标,即在绿色协议能源政策框架下到 2050 年实现气候中和的欧洲 [1]。欧盟委员会于 2021 年通过的“Fit for 55 0”一揽子计划为欧盟 2030 年气候和能源框架引入了更为严格的立法措施,包括可再生能源、能源效率、努力分担和排放标准立法、土地使用和林业以及能源税指令 [2]。现有的欧盟立法框架已被用于实施绿色协议愿景,明确表明未来能源结构中可再生能源 (RES) 的比重将增加,以及排放交易体系 (ETS) 对所有能源部门实施更严格的脱碳机制。太阳能和风能的不断普及极大地激励了电网的脱碳。然而,向欧盟碳中和能源系统有效利用低碳和可再生能源需要扩展到热力和运输领域,同时促进供应安全。通过结合节能和用电子燃料(基于电力生产氢气、合成气体和液体)取代化石燃料,可以将可再生能源发电系统的规模扩大 2 到 2.5 倍 [3],从而实现最终能源需求领域的气候中和。通过提高电气化程度实现的能源转型不仅对能源系统提出了巨大的挑战,包括太阳能和风能发电场的巨大容量和投资,而且对供应安全以及技术、经济和监管层面所需的额外措施也提出了挑战。目前,德国 [4]、美国 [5] 和中国 [6] 的可再生能源渗透率较低,已经报道了可再生能源的削减,导致可再生能源浪费和市场电价为负。电力供需时间间隔方程既需要运行单元的灵活性和同步性,也需要额外的能源储存措施、部门耦合和电网基础设施升级,以及高效的多国综合系统和市场,以经济高效地平衡可变可再生能源发电[7]。2050 年欧盟碳中和系统的能源建模研究解决了多功能能源储存技术的需求,以避免在可再生能源可用性高时通过负荷转移和灵活性进行削减,以及避免在可再生能源可用性低时进行负荷削减[3,8]。特别是,由于储存需求与总发电量的非线性增长有关,氢气和合成燃料形式的季节性能源储存被认为非常重要,因为报告称,电子燃料在最终能源中的份额为 20%。
热电技术近年来由于对可持续能源和有效的冷却系统的需求不断增长,因此目睹了近年来的复兴。最近,使用无毒的,丰富的材料(包括P型MGAGSB和N -Type Mg 3(SB,BI)2标志着显着突破的无毒热模块。尽管表现有希望,但关于长期鲁棒性和稳定性的问题仍然存在,尤其是在恶劣的环境中。在这项研究中,对热电模块进行了彻底的探索,重点是在各种条件下的性能降解。通过元素映射分析,在氩气环境中循环过程中的模块中鉴定了降解机制,在氩环境中,原子迁移和在接触区域的复杂氧化物形成是关键因素。此外,空气中的骑自行车测试揭示了显着的降解,从而促进了保护策略的探索。使用原子层沉积(ALD)出现的表面涂层作为一种有希望的解决方案,尤其是HFO 2,表现出了出色的保护作用。此外,还发现了重新销售的恢复模块性能,强调了开发高级焊接技术以推广基于镁的热电技术的重要性,作为BI 2 TE 3的可持续替代方案。这些发现强调了探索新型接触材料的重要性,并证明了ALD作为增强模块可靠性和鲁棒性的普遍方法的潜力。
废水和活细胞中Cr(VI)荧光感应的材料,无机化学,
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低维铁电体、亚铁电体和反铁电体由于其不同寻常的极性、压电、电热和热电特性而受到迫切的科学关注。层状二维范德华材料(如 CuInP 2 (S,Se) 6 单层、薄膜和纳米薄片)的铁电特性的应变工程和应变控制具有根本性的意义,尤其有望在纳米级非易失性存储器、能量转换和存储、纳米冷却器和传感器等高级应用中得到应用。在这里,我们研究了半导体电极覆盖的亚电介质 CuInP 2 S 6 薄应变膜的极性、压电、电热和热电特性,并揭示了失配应变对这些特性的异常强烈影响。特别是,失配应变的符号及其大小决定了压电、电热和热电响应的复杂行为。与许多其他铁电薄膜相比,应变对这些特性的影响是相反的,即“异常的”,对于这些铁电薄膜,平面外剩余极化、压电、电热和热电响应对于拉伸应变强烈增加,对于压缩应变则减小或消失。