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粘结层实现可靠热电结构的有效性。 (英语) Zbl 07477410号

摘要:可靠的接口对提高热电器件的性能起着重要作用。由于界面的稳定性,热电界面层容易形成多层和弹性厚层。本文建立了一个新的理论模型来研究弹性结合层如何影响热电结构的行为。得到了无粘结层和有粘结层情况下考虑热电效应的控制积分方程和积分微分方程,并用配点法进行了数值求解。结果表明,几何和材料参数、总电流和总能量通量对界面剪切应力和法向应力有显著影响。界面应力集中退化可能出现,因为界面是由更厚的粘结层引入的。该模型可以定性地解释实验性质,并为热电结构的设计提供理论指导。

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74-XX岁 可变形固体力学
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参考文献:

[1] Al-Merbati,A.S。;伊尔巴斯,B.S。;Sahin,A.Z.,热电发电机的热力学和热应力分析:引脚几何形状对器件性能的影响,Appl。热量。工程师,50,683-692(2013)
[2] Bell,L.E.,《利用热电系统冷却、加热、发电和回收废热》,《科学》,第321、80-、1457-1461页(2008年)
[3] Biswas,K。;他,J。;布鲁姆,I.D。;Wu,C.I。;Hogan,T.P。;塞德曼,D.N。;德拉维,V.P。;Kanatzidis,M.G.,《具有全规模层次结构的高性能大块热电器件》,《自然》,489,414-418(2012)
[4] 陈,P。;Chen,S.,有限梯度层在带有发热的滑动冲头下的热-机械接触行为,国际固体结构杂志。,50, 1108-1119 (2013)
[5] 陈,P。;陈,S。;郭伟。;Gao,F.,与梯度基板结合的压电薄膜的界面行为,Mech。材料。,127,26-38(2018)
[6] 陈,P。;陈,S。;彭杰。;高,F。;Liu,H.,不完全结合到有限厚度梯度衬底上的薄膜的界面行为,Eng.Fract。机械。,217, 106529 (2019)
[7] 陈,P。;彭杰。;刘,H。;高,F。;Guo,W.,结合到梯度基板(包括粘合剂层)上的压电致动器的机电行为,Mech。材料。,123, 77-87 (2018)
[8] 陈,P。;彭杰。;Yu,L。;Yang,Y.,《与有限厚度梯度基底结合的薄膜的界面分析》,《国际固体结构杂志》。,120, 57-66 (2017)
[9] 陈,X。;Wang,Y。;He,D。;Deng,Y.,通过马来酸酐颗粒聚丙烯的极性调整增强聚丙烯薄膜的介电性能,J.Appl。波利姆。科学。,134, 45029 (2017)
[10] Cheng,J。;胡,X。;Li,Q.,镍电沉积对P型Bi2Te3焊点微观结构演变和电阻的影响,合金化学杂志。,832, 155006 (2020)
[11] 起重机,D.T。;Bell,L.E.,《热电发电机性能最大化的进展》,(国际热电会议,ICT,会议记录(2006),IEEE),11-16
[12] 艾布林,D。;巴托洛梅,K。;Bartel,M。;Jägle,M.,通过多物理模拟分析热电发生器的模块几何形状和接触电阻,J.Electron。材料。,39, 1376-1380 (2010)
[13] 埃尔多安,F。;Gupta,G.D.,关于奇异积分方程的数值解,Q.Appl。数学。,29, 525-534 (1972) ·Zbl 0236.65083号
[14] 高,C.F。;Zhao,Y.T。;Wang,M.Z.,《热压电介质中椭圆孔问题的精确显式处理》,国际固体结构杂志。,392665-2685(2002年)·Zbl 1087.74534号
[15] Hamed Ebrahimi,S.,接触界面应力奇异性分析的统一有限元划分,欧洲力学杂志。固体。,81, 103957 (2020) ·Zbl 1475.74121号
[16] 哈米德·埃尔谢赫,M。;Shnawah,D.A。;萨布里,M.F.M。;赛义德,S.B.M。;哈吉·哈桑,M。;Ali Bashir,医学博士。;Mohamad,M.,《热电可再生能源综述:影响其性能的主要参数》,更新。维持。《能源评论》,30337-355(2014)
[17] He,R。;席尔宁,G。;Nielsch,K.,《热电器件:器件、架构和接触优化综述》,高级材料。技术。,3 (2018)
[18] 南卡罗来纳州考希克。;Manikandan,S.,《汤姆逊效应对环形热电发电机能量和(火用)效率的影响》,energy Convers。管理。,103, 200-207 (2015)
[19] Kim,D。;Kim,C。;帕克,J。;Kim,T.Y.,通过增强热界面传导,从高温热源高度增强热电能收集,energy Convers。管理。,183, 360-368 (2019)
[20] 兰,Y.C。;Wang,D.Z。;陈,G。;Ren,Z.F.,镍和锡在p型(Bi,Sb)2Te3和n型Bi2(Te,Se)3热电材料中的扩散,应用。物理学。莱特。,92 (2008)
[21] Li,J.等人。;赵,S。;陈,J。;Bai,G。;胡,L。;刘,F。;Ao,W。;李毅。;谢浩。;Zhang,C.,使用合理设计的钛基合金扩散阻挡材料增强CoSb3基热电接头的界面可靠性和机械强度,ACS应用。马特。接口,1244858-44865(2020)
[22] 李,X。;田晓杰。;周永通,热电片接触行为的厚度-尺寸效应,机械学报。,232, 3305-3321 (2021) ·Zbl 1486.74106号
[23] 刘磊,热电体连续介质理论与热电复合材料的有效性能,国际工程科学杂志。,55, 35-53 (2012) ·Zbl 1423.74311号
[24] 刘伟。;Bai,S.,热电界面材料:热电发电模块挑战的视角,J.Mater。,5, 321-336 (2019)
[25] 刘伟。;杰,Q。;Kim,H.S。;Ren,Z.,《热电发电的当前进展和未来挑战:从材料到器件》,《材料学报》。,87, 357-376 (2015)
[26] 刘,Y。;Wang,B.L。;Wang,K.F.,多孔泡沫陶瓷涂层与基体结合界面热应力的力学模型,Mech。高级主管。结构。,27, 941-947 (2020)
[27] 刘,Y。;Wang,B.L。;Zhang,C.,与弹性无限基底结合的热电薄膜的力学模型,Mech。材料。,114, 88-96 (2017)
[28] 刘,Y。;Wang,B.L。;Zhang,C.,附着在无限弹性基底上的热电薄膜的热弹性行为,Philos。Mag.,97,43-57(2017)
[29] 刘,Y。;Wang,K.F。;Wang,B.L.,超音速航天飞机应用中热保护系统热电薄膜/基板结构的不稳定性诱发褶皱,机械。高级主管。结构。,27, 455-461 (2020)
[30] 马,Z。;魏杰。;宋,P。;张,M。;Yang,L。;马,J。;刘伟。;Yang,F。;王欣,提高热电材料zT的实验方法综述,马特。科学。半秒。工艺。,121, 105303 (2021)
[31] Muskhelishvili,N.I.,《弹性数学理论的一些基本问题》(1953年),Noordhoff:Noordhof Groningen·Zbl 0052.41402号
[32] Nan,K。;Kang,S.D。;李凯。;Yu,K.J。;朱,F。;Wang,J。;邓恩,A.C。;周,C。;谢,Z。;Agne,M.T。;Wang,H。;卢安,H。;Zhang,Y。;黄,Y。;斯奈德,G.J。;Rogers,J.A.,《微型柔性装置中用于能量收集的兼容和可拉伸热电线圈》,科学。高级,4,1-8(2018)
[33] 帕里内洛,F。;Borino,G.,混合模式分层和摩擦接触的非关联损伤界面模型,欧洲力学杂志。固体。,76, 108-122 (2019) ·Zbl 1470.74054号
[34] 秦,D。;朱伟。;Hai,F。;王,C。;崔,J。;Deng,Y.,通过插入Ti层增强热处理后多层Bi2Te3/Ti/Cu膜的界面稳定性,Adv.Mater。国际文联。,6, 2-9 (2019)
[35] 秦庆华,椭圆夹杂的热电弹性解及其在裂纹夹杂问题中的应用,应用。数学。型号。,25, 1-23 (2000) ·Zbl 1076.74512号
[36] 萨欣,A.Z。;Yilbas,B.S.,《作为热电发电机的热电元件:支腿几何形状对效率和发电的影响》,《能量转换》。管理。,65, 26-32 (2013)
[37] 西澳大利亚州萨桑加。;Gan,C.L。;C.V.汤普森。;Choi,W.K。;Wei,J.,接合参数对焊料薄膜中Cu和非共晶Sn之间相互作用的影响,J.电子。材料。,4022329-2336(2011年)
[38] 施小林。;邹,J。;陈志刚,《先进热电设计:从材料和结构到器件》,化学。版本:120(2020),7399-7515
[39] Shittu,S。;李·G。;X.赵。;Ma,X.,《用于性能增强的热电几何和结构优化综述》,应用。能源,268115075(2020)
[40] 斯奈德,G.J。;Toberer,E.S.,《复杂热电材料》,《自然材料》。,7, 2, 105-114 (2008)
[41] 苏,Y。;卢,J。;维拉罗曼,D。;李,D。;Huang,B.,基于纳米SiGe薄膜的用于芯片制冷的自由式平面热电微冰箱,纳米能源,48,202-210(2018)
[42] Sun,D。;Tong,L.,基于闭环的控制梁中压电致动器片脱粘检测,国际固体结构杂志。,40, 2449-2471 (2003) ·Zbl 1032.74592号
[43] Suresh,S.,《抗接触变形和损伤的分级材料》,《科学》,292,80-,2447-2451(2001)
[44] P.J.泰勒。;Maddux,J.R。;梅斯纳,G。;Venkatasubramanian,R。;布尔曼,G。;皮尔斯,J。;古普塔,R。;Bierschenk,J。;凯勒,C。;D’Angelo,J.(美国)。;Ren,Z.,离子注入控制热电材料比接触电阻率的提高,应用。物理学。莱特。,103, 3-7 (2013)
[45] 田,X。;周,Y。;Wang,L。;丁,S.,功能梯度热电材料在导电冲头作用下的表面接触行为,应用。数学。机械。(英语版,42649-664(2021)·Zbl 1486.74108号
[46] 田晓杰。;Zhou,Y.T。;关X.F。;Wang,L.H。;丁世华,刚性冲头在热电材料上滑动的摩擦接触问题,国际固体结构杂志。,200-201, 145-157 (2020)
[47] 田晓杰。;周,Y.T。;李福杰。;Wang,L.H.,热电带接触行为的联合有限尺寸影响和摩擦影响,Arch。申请。机械。(2021年),(在线)
[48] 王,P。;Wang,B.L.,热电材料中倾斜椭圆孔的热电场和相关热应力,国际工程科学杂志。,119, 93-108 (2017) ·Zbl 1423.74250号
[49] 王,P。;Wang,B.L。;Wang,K.F.,裂纹热电材料的动态响应,国际力学杂志。科学。,160, 298-306 (2019)
[50] 王,P。;Wang,B.L。;Wang,K.F。;Hirakata,H。;张,C.,热电固体中三维椭球夹杂物的分析,国际工程科学杂志。,142, 158-169 (2019) ·Zbl 1425.74183号
[51] Wang,Y。;张,X。;沈,H。;刘杰。;张,B。;徐S.,耦合应力弹性的三维接触分析,国际力学杂志。科学。,153-154, 369-379 (2019)
[52] Xuan,X.C。;Ng,K.C。;Yap,C。;Chua,H.T.,《研究界面层对热电器件性能影响的通用模型》,《国际热质转换杂志》。,45, 5159-5170 (2002) ·Zbl 1012.80006号
[53] 张,A。;Wang,B.,层状热电材料或金属/热电材料中界面裂纹的温度场和电势场,国际热学杂志。科学。,104, 396-403 (2016)
[54] 张,A.B。;Wang,B.L。;彭,D.D。;He,L.W。;卢·J。;Wang,J。;Du,J.K.,界面层对环形热电发生器性能的影响,能源,147,612-620(2018)
[55] 周,Y。;林,Q。;Hong,J。;Yang,N.,《接触应力均匀性材料刚度的双向进化优化设计》,《欧洲力学杂志》。固体。,89, 104288 (2021) ·Zbl 1480.74258号
[56] Zhou,Y.T。;田晓杰。;Li,F.J.,关于热电材料的耦合接触分析,应用。数学。型号。,891459-1474(2021)·兹比尔1481.74582
[57] 朱,X。;曹,L。;朱伟。;Deng,Y.,《低接触电阻碲化铋/镍/铜多层膜中增强的界面粘附和热稳定性》,Adv.Mater。国际文联。,5, 1-9 (2018)
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