SrTiO3纖維-鑭鏑雙摻SrTiO3復(fù)合陶瓷的制備及熱電性能研究.pdf

1、鈣鈦礦型SrTiO3是有望得到工業(yè)應(yīng)用的高溫n型熱電材料之一。但其熱導(dǎo)率偏高，電導(dǎo)率隨溫度升高而下降，導(dǎo)致 SrTiO3熱電性能不高。本文通過(guò)鑭鏑元素的雙摻提升SrTiO3的電導(dǎo)率，SrTiO3纖維的引入降低材料熱導(dǎo)率，從而提高SrTiO3基材料熱電性能。
　　本論文利用溶膠-凝膠法制備La、Dy雙摻的SrTiO3粉體，水熱法制備SrTiO3基纖維，研究La、Dy和Sr配比及SrTiO3基纖維的加入對(duì)SrTiO3陶瓷物相組成、組織

2、結(jié)構(gòu)以及燒結(jié)性能的影響；并研究其在50-500℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)SrTiO3陶瓷電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)、功率因子、熱導(dǎo)率及ZT值的影響規(guī)律，為開發(fā)新型熱電氧化物材料提供新的思路。
　　首先，研究了Sr含量對(duì)La0.1Dy0.1Sr1-0.2yTiO3（y=1，1.1，1.25，1.5）系列陶瓷結(jié)構(gòu)及熱電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，Sr含量的降低顯著提高了材料的電導(dǎo)率，卻使Seebeck系數(shù)略有降低、熱導(dǎo)率增大。其中，y=1.25試樣的

3、熱電性能最佳，其功率因子在200℃時(shí)達(dá)到最大，為997μW·m-1·K-2；其ZT值在500℃時(shí)為0.19。同時(shí)，在低Sr含量試樣中觀察到臺(tái)階狀形貌，并探討了其形成機(jī)制。
　　其次，研究了Dy摻雜量對(duì) La0.1DyxSr1-1.25(0.1+x)TiO3系列陶瓷結(jié)構(gòu)及熱電性能的影響。隨Dy摻雜量的增加，試樣中出現(xiàn)了Dy2Ti2O7相，且晶粒尺寸降低至5μm左右。另外，電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)絕對(duì)值隨Dy摻雜量的增加而增大，熱導(dǎo)

4、率則隨Dy摻雜量的增加而顯著降低，因此，具有較高電導(dǎo)率及較低熱導(dǎo)率的x=0.1試樣的熱電性能最佳，在500℃時(shí)其ZT值達(dá)到0.29，是x=0樣品的3倍。
　　最后，研究了水熱溫度、水熱時(shí)間、前驅(qū)體溶液 Sr2+濃度、Sr:Ti配比等工藝條件對(duì)SrTiO3纖維組成與形貌的影響，并制備了SrTiO3纖維/ La和Dy雙摻SrTiO3復(fù)合陶瓷。研究發(fā)現(xiàn)，水熱溫度T為180℃、水熱時(shí)間t為48h、前驅(qū)體溶液Sr2+濃度c為15mmol/L

5、、Sr:Ti配比為10:1時(shí)，SrTiO3纖維的純度和形貌最好；SrTiO3基纖維的加入可將 SrTiO3陶瓷的燒結(jié)溫度降低100℃。另外，SrTiO3纖維的加入提高了材料的電導(dǎo)率，降低了其熱導(dǎo)率，并且，對(duì)Seebeck系數(shù)的影響不大。當(dāng)纖維添加量x=3％時(shí)，試樣的熱電性能最好，其功率因子在200℃時(shí)達(dá)到1014μW·m-1·K-2，比未加纖維試樣的功率因子提高了約14倍；其ZT值在測(cè)試溫度為500℃時(shí)達(dá)到最大，為0.19，是未加入Sr