新型三氧化鎢基陶瓷的熱電性能研究.pdf

1、熱電材料可以利用自身內部載流子的運動來達到熱能和電能相互轉換的目的。它是一種新能源材料，而且對環(huán)境的壓力較小，符合現(xiàn)代新能源材料的發(fā)展趨勢。當材料的兩端溫度不一樣時，材料中會產(chǎn)生電勢差。這種熱電轉換效應是可逆的，故熱電材料比較適合用作熱能發(fā)電以及制冷裝置。而且熱電材料還具有無噪音，體積小，無污染，精確可靠，壽命長等一系列優(yōu)點，其應用范圍涉及微電子領域，航空航天，日常生活等許多領域。
　　WO3作為一種十分重要的高技術原材料，已經(jīng)在

2、許多領域里表現(xiàn)出了很大的應用價值，比如電致變色、光降解催化、有毒氣體探測和低壓壓敏電阻器等。而且鎢在我國的儲量位居全球第一，是一種十分重要的戰(zhàn)略資源。因此，系統(tǒng)研究鎢基氧化物的各種性質，探索其在各個領域的潛在應用價值，深層次的開發(fā)利用我國特有的這種資源優(yōu)勢，具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　第1章介紹了熱電材料的發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀，對WO3陶瓷的物理化學性質和研究現(xiàn)狀也給予了綜述。闡述了本文的研究思路和研究背景，并對本文的研究內容進

3、行了概括。
　　第2章對本文所用到的實驗方法、實驗儀器、表征方法進行了介紹。詳細介紹了我們的陶瓷制備過程，以及制備過程中所使用到的各種型號儀器。對陶瓷的微觀結構表征方法以及各種測試陶瓷熱電性能相關的方法和儀器進行了說明。最后列出了實驗過程中所使用到的各種主要原料和試劑。
　　第3章對純WO3陶瓷的微觀結構和熱電性能進行了分析和研究。研究結果發(fā)現(xiàn)WO3的晶粒大小跟燒結溫度有關，較高的燒結溫度能促進WO3晶粒的生長。實驗數(shù)據(jù)顯示

4、WO3陶瓷的最佳燒結溫度為1100℃，這個溫度下燒結出的WO3陶瓷具有相對最好的致密度，最高的Seebeck系數(shù)和功率因子。用理論分析了氧分壓對WO3陶瓷微觀結構和性能的影響，研究了WO3陶瓷在不同氣氛燒結下的氧空位濃度、微觀結構和熱電性能，實驗結果證明我們的理論分析是正確的。真空和氮氣氣氛燒結出的WO3陶瓷的熱電功率因子要比氧氣和空氣燒結出的樣品好。這主要是因為真空和氮氣條件下，WO3陶瓷內具有大量的氧空位，能夠為WO3導帶提供大量的

5、電子，從而使得它們燒結出的樣品具有相對很高的電導率。測得了1100℃，空氣中燒結的WO3陶瓷的ZT值，結果顯示其ZT值隨著溫度的升高而不斷增大，在973K時的ZT值為0.000078。
　　第4章用手工研磨的方法對鐵系金屬氧化物摻雜后的WO3陶瓷的微觀結構和熱電性能進行了分析和測試。Fe2O3、Co2O3和NiO摻雜WO3陶瓷后，微觀結構上分別生成了第二相FeWO4、 CoWO4、 NiWO4。這些第二相的生成主要是因為這3種金屬

6、氧化物的濃度超過了其在WO3中的溶解度，進而與WO3產(chǎn)生了化學反應。3種鐵系金屬氧化物摻雜后的WO3陶瓷的功率因子都得到了提高。與Fe2O3和Co2O3的摻雜相比，NiO摻雜WO3陶瓷的樣品效果最好。當NiO摻雜濃度為1.0 mol％時，WO3陶瓷的電導率提高最為明顯，此樣品在1023K時的功率因子也是3種鐵系金屬氧化物摻雜中最大的。測得了1.0 mol％NiO摻雜WO3陶瓷的熱導率，并計算出了其ZT值。
　　第5章用機械球磨法對

7、WO3陶瓷進行了La2O3、SnO2和CuO三種金屬氧化物的摻雜，測試和分析了它們的微觀結構和熱電性能。首先用機械球磨的方法制備了1.0 mol％NiO摻雜WO3陶瓷樣品，與上一章中手工研磨法相比較，說明了兩種研磨方法對材料微觀結構和熱電性能的影響。其次用機械球磨法制備出了La2O3、 SnO2和CuO摻雜的WO3陶瓷樣品，這些樣品與手工研磨的相比，粉粒普遍更細、更均勻，晶粒尺寸更小。La2O3的摻雜提高了WO3陶瓷的電導率，但同時降低

8、了WO3陶瓷的Seebeck系數(shù)絕對值。不同濃度的La2O3摻雜使得WO3陶瓷的功率因子差異很大。當La2O3摻雜濃度為0.5 mol％時，功率因子最大。SnO2的摻雜抑制了WO3陶瓷晶粒的生長，當SnO2摻雜濃度大于5.0 mol％時，其會以雜質相的形式存在于WO3陶瓷晶體之間。SnO2自身所具備的良好的熱電性能也極大的改善了SnO2摻雜后的WO3陶瓷的熱電性能。CuO的摻雜使得WO3陶瓷的晶粒變大。當CuO摻雜濃度為1.0 mol％