鈷酸鈣熱電材料粉體的溶膠-凝膠法制備與表征.pdf

1、熱電材料是一種將熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料。由熱電材料制成的熱電器件具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在少數(shù)科技尖端領(lǐng)域已獲得成功的應(yīng)用。本文首先對(duì)熱電現(xiàn)象、熱電效應(yīng)的應(yīng)用、國(guó)內(nèi)外熱電材料的研究進(jìn)展等作了較詳盡的綜述，還對(duì)新穎的溶膠-凝膠法制備材料技術(shù)作出詳細(xì)的介紹。同時(shí)發(fā)現(xiàn)Ca-Co-O系氧化物熱電材料具有使用溫度高、抗氧化、無(wú)污染、制備簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為具有研究潛力和應(yīng)用價(jià)值的新型熱電候選材料。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，能源環(huán)境問(wèn)題

2、日益突出，Ca-Co-O系氧化物熱電材料由于其在低品位能源利用以及環(huán)境保護(hù)方面的特殊功能，必將成為我國(guó)新材料和綠色能源研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 本文以Ca2Co2O5為主要研究對(duì)象，以分析純Co(NO3)2·6H2O、Ca(NO3)2·4H2O以及三種不同膠凝劑(分別是檸檬酸、聚乙烯醇和蛋清蛋白)為原料，采用溶膠-凝膠法(Sol-Gel)制備出Ca2Co2O5粉體。通過(guò)示差掃描量熱(DSC)分析、X-射線衍射分析、環(huán)境掃描電子電鏡、傅立

3、葉紅外光譜分析和XPS電子價(jià)態(tài)分析等測(cè)試手段對(duì)干凝膠體的熱分解過(guò)程、鍵合情況的鑒定，以及對(duì)所制粉體的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)、元素價(jià)態(tài)等進(jìn)行觀察和分析。 當(dāng)使用檸檬酸作為絡(luò)合劑時(shí)，檸檬酸的加入量約為金屬離子總的摩爾量的1.3～2倍為合適。干凝膠在常壓700℃至900℃之間各指定溫度下煅燒2小時(shí)后的產(chǎn)物為單相的Ca2Co2O5粉體，呈層片狀結(jié)構(gòu)。在一定溫度范圍內(nèi)，同一燒結(jié)時(shí)間下適當(dāng)提高燒結(jié)溫度有利于組織生長(zhǎng)，晶體發(fā)育更完整。 利

4、用聚乙烯醇為凝膠劑時(shí)，聚乙烯醇的相對(duì)添加量很少。通過(guò)傅立葉紅外光譜分析，與檸檬酸干凝膠對(duì)比，聚乙烯醇干凝膠中沒(méi)有出現(xiàn)金屬絡(luò)合物C-O-M(M為金屬離子)鍵所對(duì)應(yīng)的吸收峰，聚乙烯醇對(duì)Co離子和Ca離子沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的絡(luò)合作用。干凝膠在750℃和850℃下煅燒2小時(shí)的主要產(chǎn)物是Ca2Co2O5，在950℃煅燒2小時(shí)的條件下，Ca2Co2O5高溫分解為Ca3Co2O6和Co3O4，Ca3Co2O6材料是一種蠕蟲(chóng)形的片狀結(jié)構(gòu)材料。 實(shí)驗(yàn)

5、過(guò)程中，硝酸鹽加入蛋清溶膠容易產(chǎn)生鹽析現(xiàn)象，通過(guò)采用了快速凝固的方法可以緩和由于體系的鹽析作用而造成的成分不均現(xiàn)象。蛋清蛋白干凝膠塊在120℃下能發(fā)生自蔓延燃燒反應(yīng)，蛋清蛋白干凝膠在合成方面能起模板作用。蛋白凝膠塊經(jīng)900℃煅燒兩小時(shí)后，所得產(chǎn)物依然主要是Ca2Co2O5。蛋白中含有一定量的硫物質(zhì)，在加熱煅燒的情況下，S元素的存在，使Ca離子與硫的氧化物優(yōu)先配位化合，不利于鈷酸鈣的生成。 本文的研究通過(guò)不同的膠凝劑為載體，利用溶