对位双掺钴酸钙基热电材料的制备及性能研究

发布时间：2017-11-13 21:28

  本文关键词：对位双掺钴酸钙基热电材料的制备及性能研究

  更多相关文章： 热电材料 Ca_3Co_4O_9 对位掺杂

【摘要】：Ca_3Co_4O_9基氧化物可在高温氧化条件下长期工作、无污染、制备简单、成本低等优点,成为近年来备受关注的氧化物热电材料之一。但其热电转换效率较低,通常采用掺杂的方法来改善其热电性能。本文选用稀土元素Sm和过渡元素Cu对Ca_3Co_4O_9材料进行对位掺杂,尝试改善其热电性能。本文采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了Ca_3Co_4O_9、Ca_(3-x)Sm_xCo_4O_9、Ca_3Co_(4-y)Cu_yO_9及Ca_(3-x) Sm_xCo_(4-y)Cu_yO_9热电材料试样,利用XRD、SEM及EDS等测试方法对试样的物相、形貌及元素组成进行表征,研究了电阻率(ρ)、Seebeck系数(S)以及功率因子(PF)随掺杂元素种类及掺杂比的变化,得到如下结论:TG-DSC和XRD分析,确定了煅烧温度为800℃,烧结温度为900℃。未掺杂试样的物相为Ca_3Co_4O_(9+δ)单相,掺杂试样中掺杂比过高时会出现杂相;SEM分析可知,掺杂Sm0.3的试样晶粒尺寸较小,在1~2μm;掺杂Cu0.3的试样,层状明显,晶粒尺寸也较大,在3~5μm;在Sm0.3的试样中掺杂Cu0.15发现层状结构变得明显,晶粒尺寸也变大,在2~3μm。试样中散布着较多的细小孔隙,使得致密度不高,导致电阻率也高。热电性能研究表明,功率因子均随温度的升高而增大。900K时,未掺杂试样的最大功率因子为0.155 m W·K-2·m-1;Sm掺杂导致电阻率和Seebeck系数同时增大,掺杂试样在x=0.3达到最大功率因子为0.153 m W·K-2·m-1;Cu掺杂导致电阻率和Seebeck系数同时降低,掺杂试样在y=0.3时达到最大的功率因子为0.166 m W·K-2·m-1。对位双掺在x=0.15,y=0.15的最大功率因子为0.164 m W·K-2·m-1。结果说明适量的Cu掺杂及对位双掺都对Ca_3Co_4O_9+δ热电性能有一定的改善效果,而掺杂Sm作用不明显。
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34

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本文编号：1182510