微波辅助氧化物热电材料的掺杂改性研究

发布时间：2017-10-17 03:18

  本文关键词：微波辅助氧化物热电材料的掺杂改性研究

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【摘要】：热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和制冷方面具有广泛的应用前景。随着环境污染和能源紧缺问题的日渐加剧,热电材料和器件的研究引起了人们的广泛关注,其中氧化物热电材料成本低并可在氧化性气氛下使用,因而具有很好的发展前景。本文使用微波辅助烧结结合常规高温固相烧结法合成热电材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段进行了结构表征,并使用林赛斯塞贝克系数仪测试了样品的塞贝克系数、电导率以及功率因子,研究了不同种类及掺杂量对样品的A位和B位进行掺杂后对样品热电性能产生的影响。采用固相法合成Ca3Co409基热电材料,分别对A、B位进行Na-In共掺杂、La-In共掺杂、Sr-In共掺杂,研究了掺杂量对Ca3Co409热电性能的影响。结果表明,掺杂后的样品仍然是层状结构,掺杂只是引起了晶格大小的改变,但是并没有改变晶格的结构。进行掺杂后,材料的电导率、Seebeck系数以及功率因子明显上升。对于不同元素双掺杂的一系列组分中,组分x=y=0.02时样品有望具有最佳的热电性能,在测试温度为965 K时,Na-In双掺杂样品的功率因子可以达到250.0 μW·(mK2)-1,La-In双掺杂样品的功率因子可以达到239.8μW·(mK2)-1,Sr-In双掺杂样品的塞贝克系数可以达到203.0μV·K-1。采用固相法合成CaMn03基热电材料,分别对A位掺杂Y元素以及A、B位进行Y-Nb共掺杂,研究了掺杂量对CaMnO3热电性能的影响。结果表明,掺杂后的样品仍然是钙钛矿结构,没有第二相出现,掺杂同样只是引起了晶格大小的改变,并没有改变晶格的结构。进行掺杂后,材料的电导率、Seebeck系数以及功率因子相对于不掺杂的材料明显上升,对于Y单掺杂的一系列组分,材料x=0.07时样品有望具有最佳的热电性能,在测试温度为965 K时,功率因子能达到126.3 μW·(mK2)-1;对于Y-Nb双掺杂的一系列组分,材料x=y=0.06时样品有望具有最佳的热电性能,在测试温度为965 K时,其功率因子能达到154.0μW·(mK2)-1。
【关键词】：热电材料 微波烧结 氧化铟 Ca_3Co_4O_9 CaMnO_3
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-10
• 1.2 热电材料简介10-17
• 1.2.1 热电材料工作原理11-14
• 1.2.1.1 热电效应11-13
• 1.2.1.2 热电性能评价13-14
• 1.2.2 热电材料及器件研究概况14-16
• 1.2.2.1 热电材料分类15
• 1.2.2.2 热电材料的应用15-16
• 1.2.3 氧化物热电材料的研究进展16-17
• 1.2.3.1 p型Ca_3Co_4O_9基热电材料16-17
• 1.2.3.2 n型CaMnO_3基热电材料17
• 1.3 论文选题依据及主要研究内容17-19
• 第二章 实验材料、仪器及表征测试方法19-27
• 2.1 实验试剂和仪器19-21
• 2.1.1 实验试剂19-20
• 2.1.2 实验仪器20-21
• 2.2 材料的合成流程图如下21
• 2.3 材料的表征21-23
• 2.3.1 X射线衍射分析(XRD)21-22
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)22-23
• 2.3.3 真密度分析23
• 2.4 材料的热电性能测试23-27
• 2.4.1 测试样品的制备23-24
• 2.4.2 塞贝克系数的测试24
• 2.4.3 电导率的测试24-25
• 2.4.4 功率因子的测试25-27
• 第三章 p型Ca_3Co_4O_9基热电材料的制备、表征和性能优化27-47
• 3.1 引言27
• 3.2 实验部分27-45
• 3.2.1 双掺杂Ca_(3-x)Na_xCo_(4-y)In_yO_9的制备27-33
• 3.2.1.1 实验部分27-28
• 3.2.1.2 结构表征28-29
• 3.2.1.3 热电性能29-33
• 3.2.1.4 总结33
• 3.2.2 双掺杂Ca_(3-x)La_xCo_(4-y)In_yO_9的制备33-39
• 3.2.2.1 实验部分33-34
• 3.2.2.2 结构表征34-35
• 3.2.2.3 热电性能35-38
• 3.2.2.4 总结38-39
• 3.2.3 双掺杂Ca_(3-x)Sr_xCo_(4-y)In_yO_9的制备39-45
• 3.2.3.1 实验部分39
• 3.2.3.2 结构表征39-41
• 3.2.3.3 热电性能41-44
• 3.2.3.4 总结44-45
• 3.3 本章小节45-47
• 第四章 n型CaMnO_3基热电材料的制备、表征和性能优化47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 实验部分47-58
• 4.2.1 单掺杂Ca_(1-x)Y_xMnO_347-53
• 4.2.1.1 实验部分47-48
• 4.2.1.2 结构表征48-49
• 4.2.1.3 热电性能49-52
• 4.2.1.4 总结52-53
• 4.2.2 双掺杂Ca_(1-x)Y_xMn_(1-y)Nb_yO_953-58
• 4.2.1.1 实验部分53
• 4.2.1.2 结构表征53-55
• 4.2.1.3 热电性能55-58
• 4.2.1.4 总结58
• 4.3 本章小结58-61
• 第五章 结论61-63
• 参考文献63-67
• 硕士期间发表论文67-69
• 致谢69

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