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摘 要

热释电效应是热释电材料电极化强度随温度改变的现象，PZT陶瓷片的热释电效应能够实现热电直接转换。根据力学边界条件不同，热电效应分为第一、第二及第三热释电效应。本文是基于非均匀热场下第三热释电效应，以PZT陶瓷片为研究对象，探究吸收率空间分布调制对于光热电转换的有效性。

实验一共设计了12种高、低吸收率区域空间分布调制模型 ，分为高吸收率区域空间连续性分布模型、高吸收率区域空间圆形点状分布模型和高吸收率区域空间三角形点状分布模型三类。并以其中高吸收率区域空间连续性分布模型的电压输出响应为参照，比较各高、低吸收率离散分布模型电压输出的差异，探究对光热电转换更为有效的吸收率空间分布调制方案。

实验结果表明：整体上，圆形点状模型的输出电压会随着点数的增加而降低，而三角形点状模型的电压输出是随着点数的增加而增加的；两种模型的点数为2时的电压输出与圆环模型的电压输出结果相近；圆形点状模型中点数为4时的电压输出存在突变的极小值；在实验的所有模型中，输出电压振幅最大的是3圆点圆形点状模型和6三角形点状模型。

通过实验，我们可以发现，吸收率空间分布调制对光热电转换的效率确实有显著的影响，可以用来控制光电转化效率，为此探寻有效的吸收率空间分布调制方案是行之有效的。

关键词：热释电效应，吸收率，电压输出，

Abstract

The pyroelectric effect is a phenomenon in which the polarization strength of the pyroelectric material changes with temperature, and the pyroelectric effect of the PZT ceramic sheet can realize direct thermoelectric conversion. According to different mechanical boundary conditions, thermoelectric effects are divided into first, second and third pyroelectric effects. This paper is based on the third pyroelectric effect under the non-uniform thermal field. Taking PZT ceramics as the research object, the effectiveness of the spatial distribution modulation of the absorption rate for the thermoelectric conversion is explored.

Twelve types of spatially distributed modulation models with high and low absorptivity were designed in the experiment and divided into three categories: spatially continuous distribution of high-absorption regions, circular dot-like distribution of high-absorption regions, and spatial distribution of high-absorption regions. . Taking the voltage output response of the spatial distribution model of the high absorption rate region as a reference, the differences in the voltage outputs of the discrete distribution models with high and low absorptivity are compared to explore a spatially efficient modulation scheme for the absorptivity of the photothermoelectric conversion.

The experimental results show that, as a whole, the output voltage of the circular dot model will decrease with the increase of the number of points, while the voltage output of the triangle point model increases with the increase of the number of points; when the number of points of the two models is 2 The voltage output is similar to the voltage output of the ring model; the voltage output at point 4 in the circular dot model has a sudden change in the minimum value; in all models of the experiment, the output voltage has the largest amplitude of 3 circle points. Point-like model and 6 triangular point model.

Through experiments, we can find that the spatial distribution modulation of absorptivity does have a significant effect on the efficiency of photothermoelectric conversion and can be used to control the photoelectric conversion efficiency. Therefore, it is effective to explore an effective spatial distribution modulation scheme for the absorptivity.

KEY WORDS: pyroelectric effect, absorption, voltage output,

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 i

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的与意义 1

1.3 研究的主要内容 2

第二章 光电固态热机的机理分析 3

2.1 热电材料PZT陶瓷片介绍 3

2.2 热释电效应 4

2.3 光热转换及热电转换 4

2.4 吸收率空间调制原理 6

2.5 本章小结 7

第三章 光电固态热机装置的简介 8

3.1 光电固态热机装置的结构 8

3.1.1 PAR灯光源 8

3.1.2 菲涅尔透镜 10

3.1.3 调频装置 10

3.1.4 夹持装置 11

3.2 数据采集系统 11

3.2.1 温度数据采集系统 11

3.2.2 电压数据采集系统 13

3.3 本章小结 13

第四章 实验模型制作及实验说明 14

4.1 实验方案设计及模型制作 14

4.1.1 吸收率空间连续分布模型—圆环模型的设计 14

4.1.2 吸收率空间离散分布模型—圆形点状模型的设计 14

4.1.3 吸收率空间离散分布模型—三角形点状模型的设计 15

4.1.4 图案绘制及模型制作 17

4.2 实验变量的控制 18

第五章 不同模型的热电特性分析 19

5.1 吸收率空间经典连续分布的热电特性分析 19

5.1.1 圆环模型的温度特性 19

5.1.2 圆环模型的电压输出响应 20

5.2 圆形点状离散分布的热电特性分析 20

5.2.1 圆点状离散分布的温度特性 20

5.2.2 圆点状离散分布的电压输出特性 21

5.3 等边三角形状离散分布的热电特性分析 23

5.3.1 等边三角形状离散分布的温度特性 23

5.3.2 等边三角形状离散分布的电压输出特性 24

5.4 不同模型电压输出结果的比较 25

5.5 不同模型电压输出差异的机理分析 26

5.6 本章小结 27

第六章 全文总结与展望 28

6.1 全文总结 28

6.2 研究展望 28

致 谢 30

参考文献 31

绪论

研究背景

能源是人类生存，社会发展的重要物质基础。当今社会，特别是自工业革命以来，化石能源的巨额消耗，“能源”已成为人们议论的热点话题之一，能源问题也成为了影响人类生存，世界发展的危机之一。另一方面，化石能源的大量消耗也同时产生了许多环境问题，人类赖以生存的家园也受到了极大的破坏。地球变暖，环境污染，能源危机等无时无刻不在提醒我们要保护环境，节约能源，努力进行生态文明建设。

太阳能作为清洁无害的能源类型，必将成为21世纪全球主要能源之一。现阶段的太阳能已经日益成为人们能源组成的重要部分，中国作为太阳能丰富的国家之一，如何有效的利用太阳能已经成为当今新能源研究的热点^[1]。目前主流的太阳能利用技术，包括太阳能光发电和太阳能热发电。直接将太阳的光能转换成电能而不通过热过程的利用方式称为太阳能光发电, 实际应用的目前得到是光伏电池。将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置是太阳能热发电^[2]。然而，这两种主流的太阳能利用技术都存在着明显的缺点。太阳能光发电的原料制备过程存在着严重的污染问题，太阳能热发电的系统复杂，设备庞大等弊端。

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