[發明專利]一種一體化的鈾氮化物熱電轉換裝置

有效

• 申請號: 201711460842.5
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108123026B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 劉靜;趙曉沖;劉柯釗;胡殷;龍重;朱康偉;劉毅;楊瑞龍
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: H01L35/28
• 分類號: H01L35/28;H01L35/32;H01L35/22
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙) 51228
• 代理人: 張鳴潔

本發明公開了一種一體化的鈾氮化物熱電轉換裝置，包括殼體以及安裝在殼體上且具有自發熱功能的熱電轉換裝置；熱電轉換裝置包括轉換模塊；轉換模塊包括第一導電片、N型半導體、P型半導體以及與N型半導體、P型半導體分別連接的兩個第二導電片；N型半導體、P型半導體結構相同，均分為高裂變濃度區、低裂變濃度區。本發明選擇鈾氮化物同時作為熱源和熱電轉換材料，減小了轉換模塊的體積與重量，提高整個熱電轉換裝置的能量效率；采用的鈾氮化物本身是易裂變的高含能材料，可以長時間、穩定的釋放熱能，是熱電轉換裝置中的理想熱源；采用的熱電材料換能部件與放射性熱源一體化后，有效避免熱電材料的輻照損傷，延長熱電器件的使用壽命。

技術領域

本發明涉及熱電轉換技術領域，具體的說，是一種一體化的鈾氮化物熱電轉換裝置。

背景技術

熱電材料可以通過熱電（Seebeck）效應實現熱與電的互相轉換。溫差發電具有設備結構緊湊、性能可靠、運行時無噪聲、無泄漏、移動靈活等優點，有微小溫差存在時即可產生電勢，在軍用電池、遠程空間探測器、微電子等軍民兩用領域均具有重要的應用前景。目前常用的熱電轉換器件是一些性能優異的半導體材料，如碲化鉍、碲化鉛、鍺硅合金和硒族化合物等，把許多材料串聯起來組成。國內外研究者們一直致力于研究開發高轉換效率的熱電材料。

熱電材料是一種可以利用材料的Seebeck效應及Peltier效應直接實現熱能與電能的互相轉換。Seebeck效應是指當材料的兩端存在一定溫差時，兩端即產生一定的電動勢。而Peltier效應是指當材料中通過一定的電流時，材料的兩端會同時發生吸熱和放熱現象，表現為Seebeck效應的逆效應。通過Seebeck效應，熱電材料廣泛應用于太陽能、海洋能等領域的溫差發電以及工業余熱、汽車尾氣余熱的回收，尤其適用于太空探測、環境惡劣無人區等情況下的持續電能供應，在節能、環保、軍事、探測等領域具有廣闊的應用前景，利用熱電材料制成的同位素電池，已經在美國“伽利略”號和“旅行者”號航天器上穩定運行了30余年。同時，Peltier效應則可以應用于車載冰箱、航天器制冷、潛艇空調、電子元器件制冷等許多民用、軍用領域，該類熱電材料所制備的制冷器無需壓縮機、無噪音、只需要直流電源即可持續運轉。

傳統的熱電材料主要有PbTe，Bi₂Te₃，SiGe等材料體系，研究者們在這些材料體系上進行了摻雜、合金化、納米化等一系列持續性研究，以期提高現有材料體系的熱電性能。同時，研究者們也致列于探索新型熱電材料，目前已經開發的有Zn₃Sb₄，Na₂CoO₄，InSb，MgAgSb以及一些鈾基化合物等。

常規熱電器件單元通常包含兩種類型的熱電材料，分別與熱源及冷端環境材料兩端連接，以產生熱電勢。常用結構中需要容納兩種材料的空間使得接觸面積小，轉換效率低不能夠滿足應用需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種一體化的鈾氮化物熱電轉換裝置，為鈾氮化物同時作為熱源和熱電轉換材料，實現新的熱電器件構型，裂變材料-熱電轉換材料的高效集成，可以減少換能模塊的體積與重量，去除傳統核電池中的PuO₂熱源部分，并有望提高整個熱電轉換裝置的能量效率。

本發明通過下述技術方案實現：一種一體化的鈾氮化物熱電轉換裝置，包括殼體以及安裝在殼體上且具有自發熱功能的熱電轉換裝置；所述熱電轉換裝置包括轉換模塊；所述轉換模塊包括第一導電片、分別設置在第一導電片兩端面的N型半導體、P型半導體以及與N型半導體、P型半導體分別連接的兩個第二導電片；

所述N型半導體、P型半導體結構相同，均分為與第一導電片連接且具有自發熱功能的高裂變濃度區、與第二導電片連接的低裂變濃度區。