元素摻雜對Bi2M2Co2Oy(M=Ba,Sr,Ca)熱電性能的影響.pdf

1、隨著全球環(huán)境問題和能源問題的日益突出,清潔環(huán)保能源的開發(fā)在世界范圍引起了極大的關(guān)注。由于熱電材料在環(huán)境保護以及能源開發(fā)方面的獨特優(yōu)勢,目前已成為材料領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。熱電材料是一種能夠直接實現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料,主要應(yīng)用領(lǐng)域是低溫制冷和溫差發(fā)電。利用熱電材料做成的發(fā)電和制冷器件,具有結(jié)構(gòu)簡單、工作無噪聲、無毒環(huán)保、使用壽命長、維護簡單等諸多優(yōu)點,因此熱電材料具有廣泛的應(yīng)用前景。氧化物熱電材料由于其耐高溫、抗氧化、制備簡單等獨特

2、的優(yōu)點,在熱電材料中占有相當重要的地位。層狀氧化物熱電材料,如NaxCo2O4、Ca3Co4O9、Bi2Sr2Co2Oy等,都具有優(yōu)良的熱電性能。實驗研究表明,通過元素的摻雜和替代能夠改善熱電材料的性能。因此,本文選擇Bi2M2Co2Oy(M=Ba,Sr,Ca)作為研究對象,希望通過Cu元素以及Pb和La元素的摻雜和替代來提高材料的熱電性能。
　　 本論文采用傳統(tǒng)的固相燒結(jié)法制備材料,對制備的樣品進行了掃描電鏡形貌分析和X射線衍

3、射物相分析。同時分析了不同元素以及不同摻雜量對材料的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)以及功率因子的影響。結(jié)果表明Cu元素的摻雜和替代能夠顯著提高Bi2Sr2Co2Oy和Bi2Ba2Co2Oy材料的功率因子,而且摻雜量存在一個最優(yōu)值,但是對Bi2Ca2Co2Oy材料的功率因子提高不大。金屬Cu元素的摻雜同時提高了Bi2Sr2Co2Oy和Bi2Ba2Co2Oy材料的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù),這一現(xiàn)象與傳統(tǒng)理論不一致,而與電子的強關(guān)聯(lián)有關(guān)。Bi2

4、Ca2Co2Oy材料的電導(dǎo)率的升高導(dǎo)致了Seebeck系數(shù)的降低,所以總體上沒有提高其功率因子。
　　 Pb和La元素對三種材料的影響不盡相同,摻雜Bi2Ba2Co2Oy材料后,出現(xiàn)了從金屬性到半導(dǎo)體性導(dǎo)電的轉(zhuǎn)變,但是降低了材料的電導(dǎo)率。而其它兩種材料沒有出現(xiàn)導(dǎo)電性的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象,而且電導(dǎo)率相應(yīng)都得到了提高。從Seebeck系數(shù)來看,摻雜后Bi2Sr2Co2Oy和Bi2Ba2Co2Oy材料都是提高的,而且隨著溫度的升高而呈現(xiàn)下降的趨

5、勢；Bi2Ca2Co2Oy材料的seebeck系數(shù)摻雜后有所降低。總體上,Bi2Ba2Co2Oy和Bi2Sr2Co2Oy材料在摻雜后性能提高了,而對Bi2Ca2Co2Oy材料影響不大。
　　 通過研究發(fā)現(xiàn),Bi2Sr2Co2Oy材料的熱電性能最優(yōu),元素的摻雜和替代能夠顯著提高其熱電性能。由此可見,還需要深入研究元素摻雜和替代對Bi2Sr2Co2Oy材料熱電性能的影響,同時新的材料制備方法和工藝能否改善其熱電性能的研究也需要進一步