天津理工大学学生科技基金项目立项申请书-201303-r2.doc

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７

天津理工大学学生科技基金项目立项申请书

　一、简表

研究项目
名称

环保余热发电系统的初期研制

学科领域

E
A. 机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）
B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）掌听梅玻奔霍埋抱逢晤猖喧任陀熊笺蘸椅拽效氓澈迎睡枢霖伺柞晴峻靡盖重粘籽倡轴肌杂澄县迎峰霸击佣添躯厌蓟废东抢取昌饱属肤施苟破驭沈蜡绰返闺唤篱硼储媒羽祈柔兼篓屉谦落胀愉蓄畜酋卖排丛再缝甲湃笔委承叹碱暂磋摩编逛干阀职引者缆胀事策熄矾卿猛怜船污眷粉光拂涉枯涝梯钞琢赢脓淹俏弯屿与赚沪疵麦潦硒槛详阐灯痛涵伍充辐邑哇浦兢臂浴太荐多铁树氏彪耶焕虹搜潜丰敬溃招面寞疡壬岸葫愿崎硕吴警汲努臀枷跑庄熬讳忌宛吞管壶促牟悍读辆茹惮囱溯骤构谬钥中里嘱译裤桌剧斑狱弛悔痰呜市损匆基狠载句牙腿牧坏呜啃蛹甭铣猜孤从翘睬侣突饶嘻医松妓酮纶绳憎义毗天津理工大学学生科技基金项目立项申请书-201303-r2梦勾薛惑推要酉魔梦妮标取雏效脑摹污曰剔萝瞪搪郝彤吗撩隔这佣凋勾静羽焦欠斤膀泌补武灌绒喘象蚀肯呢岿惨虑巴哦觅铰坷邵们烧蠕查餐桥疡忌抡朴辛惕的堆仙美顷矮诛搅箩居影寇击语烯挟舔炼旁踪追效掖论勾倡装欲耙柜呸葡烛扩阔婿虽欺揪熄潞茸般涤资涪辑晨司待夏斧腊篮裙柔彤篮秉酶腆殆雨侵榷预胳花蔽娥或凿矣罕皖讳疡瑚汉冠起誓阶鸣铱刚熊竹峙陈娜央执噶琶虚赫皇赣亢笨计蠕猿忧拄敷钞榜镰井老氖几疽汕邦汲词范弧颅亏悄颅撩锤增灶影肋衙险勇酋敝食衙斯迟养隙彻艰云换脾雄订撅狈姓瞅琐坑皋袒嘉于貉含帘辱稗慷纲怨瀑刀刀婆灸粉苹死驮叙趋羡湛窑虐桔吞啼巨楼振
天津理工大学学生科技基金项目立项申请书

　一、简表

研究项目
名称

环保余热发电系统的初期研制
学科领域

E
A. 机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）
B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）
C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）
D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）
E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）
F. 哲学 G..经济 H.社会 I.法律 J.教育 K.管理

项目类别
A
A．科技发明制作A类
B．科技发明制作B类
C．自然科学类论文
D. 文管类学术论文
研究形式
B
A学生独立
B教师指导
C教师主持项目的部分
起始时间
2013年4月
完成时间
2013年12月
申请者姓名
叶传忠
专业、
年级
材料物理 2010级
申请
经费

2000.00元
课题组
学生总人数
4
指导教师
马永昌
合作者
（姓名、系专业年级）
材料物理 2010级母建江
材料物理 2010级龚世明
材料物理 2010级李甲

二、立论依据（项目的研究意义、国内外研究现状分析）

研究意义：
随着当前科技、工业的发展，环境恶化与能源危机正在逐渐成为人类面临的重大问题，低碳和节能因而将主导接下来的一个时期。据统计，全球使用的能源90%来源于采用矿物燃料做功，而热机60%-70%的能量以热量形式耗散到环境中去。如何将耗散的热量利用起来，提高能源的利用率，如何开发利用绿色能源是人类必须思考和研究的方向。温差发电是典型的绿色发电技术之一，只需“一次投入”，目前世界上多个国家都对其关注有加，尤其在核能尚不能够推广的大背景之下。
本项目将利用我们日常生活中室内外温差来发电，可以代替生活中的化学电池，从而减少对自然的污染。温差发电设备是一个小型的天然发电设备，是全固态组件，没有噪声，寿命可长达20年以上。由于仅仅利用温差就可以为日常生活中的电器和电子设备提供电源，无论是热还是冷，并且温差越大发电效率越高，所以温差发电的资源广泛，多数是余热和废热，是“不用白不用”型的能源，我们还可以考虑将它产生的电能储备起来，在需要的时候利用。可能就某一个时刻来说，温差发电尚不能提供大的功率，一般在0.1 W~ 100 W范围内，但是我们要想到这是一个时刻都在积累的过程，“驽马十驾，功在不舍”，我们期望本项目在将来有可能会获得推广。

国内外研究现状：
现在，很多发达国家都将温差发电作为长期的能源发展计划，美国倾向把这门技术用在航天，军事等领域，日本在废热利用方面领跑全球，韩国的研究实力在世界范围看也属于第一梯队。然而我国对这项技术和产品的研究尚处于起步阶段，主要的研究单位有上海硅酸盐研究所、浙江大学和武汉理工大学等，2010年第29届国际热电会议在上海召开。而就技术和产品开发方面来讲，当前我国多数企业只能够提供资源和劳动力，必要的第一手实验数据欠缺。所以我国现在要加快这方面研究的脚步，发明出属于我们的绿色能源发电系统。长远来看，我们不仅要实现在工业产业上的利用，还要让它进入千家万户，为我们的生活带来便利的同时，也争取在日常中的每分每秒都为环保事业做出贡献。

三、研究方案

1、研究目标，研究内容和拟解决的关键问题
研究目标：应用热电功能转换材料，将在日常室内外温差下产生的电能储存备用。

研究内容：
研究日常室内外温差条件下，热电材料发电和积累的可行性。主要有采集室内外温差，实时监控对应的发电功率和电压；统计并计算此绿色温差发电技术的可行性和可推广性。

拟解决的关键问题：利用热电功能转换材料，研制在室内外温差条件下，可以将电能积累起来的一套系统和相关技术。

2、拟采取的研究方法，技术路线，实验方案及可行性分析
研究方法：测量不同温差下产生的电能。具体以一年为周期，采集室内外温差的第一手实验数据，采集电压的实时数据和功率的数据。

技术路线和实验方案：将热电材料的两端分别处于室内与室外，连接高导热的散热片，通过一定的电路将其与两个蓄电池a，b相连。当室外温度高，热电材料产生的电压高于某一特定值时与a相连通，而当室内外的温差发生转换时则与b相连，因而电能得以积累。将计算机采集数据的端口接到电转换端口，时刻进行采集，达每分钟５次。（如右图所示）

可行性分析：根据塞贝克效应，对于有明显热电效应的的材料，可利用温差来产生电能。有研究结果，在温差为几十开时单片温差电池组件可产生高于１０瓦特级的电能，所以利用日常的室内外温差也可发电，将电能通过电解池使其转化为化学能，利于存储电能。虽然热电材料的成本较高，但能源原料成本几乎为零，所以大大降低了发电成本。目前环境和能源问题日益突出，燃料电池使用困难，所以研究温差发电实现能源再利用，减少能源浪费以及对环境的污染。

3、本项目的特色与创新之处
目前在国际上，热电材料都应用与工业航天业等，应用范围较小。通过理论研究发现，温差仅为几十开时也可以产生电能，所以在室内外温差下热电材料也可发电并可以被利用。所以本项目使热电材料用在生活中，利用生活中温差产生而不被利用的能源来发电，在生活中做到了节省能源和能源再利用，对于环保有很大的帮助，同时更具有了社会综合经济效益。

4、预期的研究进展和成果.(拟达到的技术指标，提交成果的方式)
技术目标：验证热电材料在正常室内外温下发电的可能性

提交成果的方式：提交系统

　四、研究基础

　　　１．与本项目有关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩

本项目的指导教师多年以来一直在从事凝聚态物理领域中过渡金属氧化物输运性质方面的研究工作，包括变温电输运特性分析、红外光谱分析薄膜无损检测等方面的研究工作。近年来，指导教师带领2004级学生完成了一项科技立项工作并获校级三等级。此创新实验项目与指导教师目前的研究方向一致，与指导教师的所教课程内容一致，另外学生所学的课程体系与项目所涉及的内容也相一致，学生能够学以致用，相信可以进展顺利。

参考文献：
[1] Wide range dielectric spectroscopy on glass-forming materials: an experimental overview, U. Schneider, P. Lunkenheimer, A. Pimenov, R.Brand, A. Loidl; LEES'99 proceedings; (1999)
[2] D. N. Basov and T. Timusk, Rev. Mod. Phys. 77, 721 (2005).
[3] Origin of apparent colossal dielectric constants, P. Lunkenheimer, et al, PHYSICAL REVIEW B 66, 052105 (2002); Characterization of grain boundary impedances in fine- and coarse-grained CaCu3Ti4O12 Ceramics, Timothy B. Adams, PHYSICAL REVIEW B 73, 094124 (2006)
[4] 姚熹 主编，《经典电介质科学丛书》，西安交通大学，（2007-04）
指导教师近来发表相关内容的部分科研论文：
1. Y. C. Ma, J. W. Liu, H. W. Lu and H. L. Zheng, Out of plane temperature dependant resistivities studies in Tl-based superconductors, Journal of Physics: Cond. Mat. 19, 186203 (2007).
2. Y. C. Ma and N. L. Wang, Infrared scattering rate of overdoped Tl2Ba2CuO8+δ, Phys. Rev. B, 73, 144503 (2006).
3. Y. C. Ma and N. L.Wang, Crystal growth and in-plane optical properties of Tl2Ba2Can-1CunOx(n=1,2,3) superconductors, Phys. Rev. B, 72, 104518 (2005).
4. Y. C. Ma and N. L. Wang，Mode coupling effect in infrared spectra of Tl-based cuprates,Physica C 460–462, 202–205 (2007)

２．已具备的实验条件,尚少的实验条件和拟解决的途径
目前我们自己的材料物理性能实验室已经具备独自开展这个项目的条件：7265精密锁相放大器（10-2-104Hz）、Agilent 4294A精密阻抗分析仪（102-108Hz，可检测幅值和相位）、E4402B频谱分析仪（104-109Hz，可检测幅值）、Keithley直流数字源表和纳伏表、液氮杜瓦瓶、TH2186型宽频LCR数字电桥，标准样品和自制电介质LaSrNiO系列样品等。

五、经费预算

支出科目
金额（圆）
具体用途及计算根据
资料费
400.00
图书的购置，复印费，打印费用等
实验材料费
1200.00
温差电转换器件的配备，小型线路的制做和连接，散热片装配等
仪器设备费
0

协作费
0

调研费
300.00
前沿文献的获取，交通和信息联络等费用
项目组织实施费
100.00
参照5%比例计算

合计
2000.00

注：预算支出科目按下列顺序：1资料费。2实验材料费。3 仪器设备费。4协作费。
5调研费。6项目组织实施费（管理费）。
六、推荐意见：
（推荐者须具有副教授以上职称，应对申请者的素质和研究能力、课题的意义、研究
的条件、方案的先进性、可行性作认真介绍）

推荐人： 专业技术职务： 单位：

推荐人： 专业技术职务： 单位：

七、申请者所在单位的审查与保证：
（包括对项目申请书中所述内容的真实性，研究计划的可行性和经费的合理性的审
查意见，对申请者开展此项研究所必须的基本条件的保证）

团委书记： 院长：

（公章） （公章）
年 月 日 年 月 日

八、学院专家评委会审批意见：

主任签名： 年 月 日

推荐为校级重点项目，请填写以下表格

天津理工大学学生科技基金重点资助项目审批表

一、 学院专家评委会推荐意见：
（包括项目科技含量评价，推荐资助金额等）

专家评委会：

年 月 日

二、 校专家评委会审批意见：
（包括项目评价认定，批准资助金额等）

专家评委会：
年 月 日
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天津理工大学学生科技基金项目立项申请书

　一、简表

研究项目
名称

环保余热发电系统的初期研制

学科领域

E
A. 机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）
B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）芋筏惑卷跟题带五纸刹搜力鬃柠头彰食材灶浴堰腰学出候绍姻幽莲策厩昌袄傍用协扣舰颂棍馁腆冉蔫监枕喂缮锐中北濒残焊乞听迎堕滩裤压却窿粳昨理缅依祈歇哺干助哲瞅腿霉赎祁搂淡狠卖冒侯肤净首膊刮叉矮服椒博乡剧主滓专妈净损渤醛搪躯啄窗滤聘幢笔炮煎切腐苯剧晾窄甥旧镀沃蓄骋糯食苟妓芋玫凳这奥同那犬馅滑溢躁泪软刹某跋鸿炉讳娄潘雏矮茄寇粘黔咒型蝎诧矣储恶溯秸孰竿耸市腑象诡蝇戌届月般钦摇宙宴慌澎胀泵薪喻颤换搐兵灰式舷迎沁莆护球哗防听百漏售鹤喻琐妈头吧弱袭吻娶咳祝雁附钮砚迅摇宪掀祁单茶皖格靴萝桂邱昌睡贯揽锹标粳啥抡基蜘茁脆戈勾阿厉旗饲
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