ZnO基熱電材料的制備及其性能研究.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，在溫差發(fā)電和熱電制冷等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，由于ZnO基化合物的高熔點(diǎn)、高化學(xué)穩(wěn)定性以及高的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)，已經(jīng)成為一種很有發(fā)展前景的高溫氧化物熱電材料。 本文以ZnO基熱電材料為研究對(duì)象，采用溶膠一凝膠法(Sol-gel)制備了ZnO基化合物的前驅(qū)粉體，然后用熱壓燒結(jié)法制備出ZnO基塊體材料。通過(guò)XRD、SEM等對(duì)所制樣品的物相組成、

2、顯微組織進(jìn)行分析，通過(guò)測(cè)試樣品的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)和功率因子進(jìn)行材料熱電性能的分析。利用均勻試驗(yàn)和正交試驗(yàn)結(jié)果分析了熱壓燒結(jié)工藝對(duì)材料熱電性能的影響規(guī)律，找出了較佳的工藝為：燒結(jié)溫度920℃、成型壓力2.7MPa、保溫時(shí)間40min。試樣的SEM分析表明，試樣的致密度較低，含有大量的孔洞，這種結(jié)構(gòu)有利于降低材料的熱導(dǎo)率，從而提高其熱電性能。 為了改善材料的熱電性能，對(duì)ZnO進(jìn)行了Al、In、Ce、Y和Al-Ce的摻雜研究

3、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，除了Y摻雜外，其它幾種元素?fù)诫s都對(duì)材料的熱電性能有較大的影響，不同程度地改善了材料的熱電性能，且表現(xiàn)出一最佳摻雜量。在500℃～900℃之間，對(duì)試樣的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)進(jìn)行了測(cè)試分析，結(jié)果表明，試樣的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大，隨著元素?fù)诫s濃度的增大而增大。試樣的Seebeck系數(shù)均表現(xiàn)為負(fù)值，Seebeck系數(shù)的絕對(duì)值大致隨著溫度的升高而增大，隨著元素?fù)诫s濃度的增大而減小。對(duì)于電導(dǎo)率，Al-Ce共摻雜的試樣擁有

4、最大的電導(dǎo)率值，其范圍在11.5～40.0Ω-1cm-1之間，Y摻雜的試樣電導(dǎo)率值最小，其范圍在4.2～16.4Ω-1cm-1之間。對(duì)于Seebeck系數(shù)，In摻雜試樣的Seebeck系數(shù)絕對(duì)值最大，其范圍在-164～-397μVK-1之間，Al-Ce共摻雜試樣的Seebeck系數(shù)絕對(duì)值最小，其范圍在-68～-156μVK-1之間。在全部摻雜試樣中，In摻雜量為2mol％的試樣在900℃下對(duì)應(yīng)的功率因子值最大，為3.1×10-4Wm-1