低維納米銀復合Ca3Co4O9熱電材料的制備及其性能研究.pdf

1、熱電材料能實現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)化，是一種新型功能材料，在通電制冷和廢熱發(fā)電領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景。Ca3Co4O9基熱電材料是一種氧化物半導體陶瓷材料，具有熱穩(wěn)定性好、無毒性、無環(huán)境污染等優(yōu)點，是新型的中高溫熱電材料。但是Ca3Co4O9基熱電材料的熱電性能與其他傳統(tǒng)熱電材料相比還是較低，因此，如何提高其熱電性能成為目前研究的熱點之一。
　　目前有關(guān)提高Ca3Co4O9基材料熱電性能的研究都是通過優(yōu)化成型工藝或者摻雜的方法來實現(xiàn)

2、ZT值的增加。本文采用低維納米化的方法，在Ca3Co4O9基體中添加低維納米相，構(gòu)筑一種新型的低維納米復合熱電材料。將多元醇法制得的低維銀納米線（AgNWs）、銀納米顆粒（AgNPs）和氧化還原法制得的氧化石墨烯（GO）分別引入到三維Ca3Co4O9基體中，結(jié)合SPS燒結(jié)技術(shù)制備出低維納米相與Ca3Co4O9復合塊體。通過在基體中添加低維納米相的方式提高費米能級附近的狀態(tài)密度，增加載流子濃度，同時加強了聲子散射，降低熱導率，最終優(yōu)化了C

3、a3Co4O9的熱電性能。用XRD、SEM等手段對復合塊體進行物相和微觀形貌結(jié)構(gòu)分析，并測試研究復合塊體的熱電性能。主要研究內(nèi)容如下：
　　1、首先采用多元醇法、氧化還原法和固相法相繼合成了低維AgNPs、AgNWs，GO和Ca3Co4O9粉體。采用XRD、SEM、UV-vis和拉曼等分析測試技術(shù)表征和分析所制備的樣品。銀納米顆粒的直徑為50~60nm，呈立方形或球形形貌；銀納米線的直徑為50nm，長度為50μm，長徑比為1000

4、;Ca3Co4O9樣品XRD衍射峰尖銳，無雜相。
　　2、通過超聲復合的方法將不同比例的AgNPs與Ca3Co4O9粉末復合，得到AgNPs均勻分散的復合納米粉體，利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備AgNPs/ Ca3Co4O9復合塊體。觀察不同AgNPs含量的復合塊體的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和形貌，并測試計算復合塊體的電導率、Seebeck系數(shù)、熱導率和ZT值。當AgNPs的添加量為2.0 vol％時，復合塊體的最大ZT值在700K達到0.

5、1，相比不含AgNPs的單相Ca3Co4O9塊體的最大ZT值提高了400%。
　　3、通過超聲復合的方法將不同比例的AgNWs與Ca3Co4O9粉末復合，得到AgNWs均勻分散的納米復合粉體，利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)獲得AgNWs/Ca3Co4O9復合塊體。觀察不同AgNWs含量的復合塊體的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和形貌，研究其熱電性能，探求AgNWs的引入對Ca3Co4O9基材料的影響。當AgNWs的添加量為0.5 vol%時，復合塊體

6、的最大ZT值在700K達到0.09，相比純相Ca3Co4O9塊體的最大ZT值提高了350%。
　　4、采用滴定法將不同比例的GO與Ca3Co4O9復合，得到GO均勻分散的納米復合粉體，利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備石墨烯和Ca3Co4O9的復合塊體，在燒結(jié)過程中GO被還原成石墨烯。研究不同氧化石墨烯含量的復合材料的物相組成，測試計算復合塊體的電導率、Seebeck系數(shù)、熱導率和ZT值，研究材料的熱電性能。實驗結(jié)果顯示，在573K時，石