不同制備工藝對Ca-,3-Co-,4-O-,9-熱電材料的影響研究.pdf

1、近年來，隨著環(huán)境和能源危機日益嚴峻，綠色環(huán)保型的熱電材料受到了人們的高度重視。氧化物熱電材料以其具有耐高溫、抗氧化、無毒和無污染的優(yōu)勢，成為了相關(guān)研究領(lǐng)域里的一個熱點。本文以具有二維Co—O鏈失配層結(jié)構(gòu)的Ca_3Co_4O_9作為研究對象，系統(tǒng)研究了不同制備工藝和摻雜元素對Ca_3Co_4O_9熱電材料的合成、結(jié)構(gòu)及性能影響，探索提高其熱電性能的途徑。研究表明： ⑴結(jié)合固相反應(yīng)合成與放電等離子燒結(jié)(SPS)制備Ca_3Co_4(

2、F_xO_1-x)_9(x=0，0.01，0.02)熱電材料。在300-900K溫度范圍內(nèi)，與Ca_3Co_4O_9純樣相比，適量F摻雜試樣的電導(dǎo)率增加，熱導(dǎo)率降低，Seebeck系數(shù)變化不明顯，ZT值顯著提高。在900K，摻雜樣b1(x=0.01)的ZT值最大，達到0.16，約為Ca_3Co_4O_9純樣的兩倍。由Widermann—Franz定律計算表明：聲子熱導(dǎo)率占總熱導(dǎo)率的比重均超過90％，說明化合物的熱導(dǎo)率以聲子熱導(dǎo)率為主。

3、 ⑵結(jié)合溶膠凝膠法與熱壓燒結(jié)(HP)制備Ca_3Co_4-xZn_xO_9(x=0，0.2，0.4)熱電材料。在300-900K溫度范圍內(nèi)，Zn摻雜后熱導(dǎo)率降低，電導(dǎo)率變化如下：Ca_3Co_3.8Zn_0.2O_9

4、前者摻Zn后電導(dǎo)率下降，說明適量Zn摻雜對提高Ca_3Co_4O_9化合物的熱電性能有利。 ⑶不同燒結(jié)工藝對Seebeck系數(shù)的影響均不明顯，說明晶體致密度對Seebeck系數(shù)影響不大，而是主要改變了電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率。與常壓試樣相比，HP試樣和SPS試樣的層狀晶體結(jié)構(gòu)較清晰，晶粒間接觸更為緊密，電導(dǎo)率及熱導(dǎo)率較高，這主要是由于HP及SPS能促進Ca_3Co_4O_9熱電材料的致密化，有利于電導(dǎo)率的大幅提升；而常壓試樣氣孔較多，氣孔