Ca3Co4O9的制備工藝和摻雜性質(zhì)的研究.pdf

1、本文從制備工藝和元素摻雜兩方面系統(tǒng)研究了Ca3Co4O9的熱電性能。確定了較理想的制備工藝。通過元素摻雜使得材料的熱電性能在一定程度上得到了提高,并研究了摻雜材料的輸運性質(zhì)和摻雜機制。
　　 首先改進了傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法,使原料在氧氣流中并且有一定氧壓的環(huán)境下燒結(jié),研究了不同氧壓下燒結(jié)的樣品的相組成、微觀結(jié)構(gòu)以及其各項熱電性能。實驗研究發(fā)現(xiàn),在氧氣流中燒結(jié)的樣品的成相比較好,并且可以抑制樣品在高溫下分解。不同氧壓下燒結(jié)的樣品在相組

2、成和微觀結(jié)構(gòu)上沒有很明顯的差別,都形成了結(jié)晶度很好的Ca3Co4O9相和成無序排列的大小為2μm-10μm左右的片狀晶粒,并且晶粒之間存在很多氣孔。在氧壓為0.18Mpa下燒結(jié)的樣品其氣孔率和氧元素含量都比常壓下燒結(jié)的樣品大,正是因為氣孔率大,影響了載流子的輸運,0.18Mpa氧壓下燒結(jié)的樣品的電阻率比常壓下燒結(jié)的樣品有所增大；在整個測量溫度范圍內(nèi),兩種樣品的電阻率隨溫度的變化趨勢相近,都呈半導(dǎo)體特性。樣品的Seebeck系數(shù)都是正值,

3、說明是p型半導(dǎo)體。因為氧含量的增加,使得樣品的費米能級和與能量有關(guān)的載流子的遷移率改變,提高了樣品的Seebeck系數(shù)。
　　 其次研究了Ca3Co4O9在Co位摻Zn對其熱電性能的影響。經(jīng)過各項分析測試,Zn可以取代Co位而形成Ca3(Co1-xZnx)4O9(x=0,0.05,0.1,0.15),但是隨著摻雜量的增加,晶粒之間ZnO(Ca,Co)的量也在增加,使得晶格發(fā)生了嚴重畸變,影響了載流子的輸運和聲子的平均自由程,進而

4、使材料的電阻率增加,熱導(dǎo)率下降。因為晶格的畸變使得系統(tǒng)的熵增加,樣品的Seebeck系數(shù)隨之也增加。綜合各項性能參數(shù),我們發(fā)現(xiàn)摻雜濃度x=0.05時材料的熱電優(yōu)值最高。
　　 最后我們研究了Ca3Co4O9在Ca位用Ag和Bi雙摻雜時,(Ca0.9-xAg0.1Bix)3Co4O9的輸運性質(zhì)。實驗采用固定Ag的摻雜量改變Bi的量的方法。研究發(fā)現(xiàn)隨著摻雜量的增加,電阻率先減小后增大,x=0.02時的樣品的電阻率最低,因為可能是Bi