CdO基陶瓷的高温热电性能研究

发布时间：2017-07-07 22:04

  本文关键词：CdO基陶瓷的高温热电性能研究

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【摘要】：热电材料可以实现热能和电能之间的直接转换,在废热发电和无氟利昂制冷等领域具有良好的应用前景。氧化物热电材料在空气中具有较高的化学和热稳定性且成本低廉,在热电领域受到了越来越多的关注。CdO是一种常见的n型透明导电氧化物(TCO),近期的研究发现它同时表现出较好的高温热电性能,有可能用于高温区废热发电。本论文利用传统固相烧结法制备了Cd O多晶块体并研究了元素掺杂对其高温热电性能的影响,主要内容和结论如下:1)利用传统固相烧结法制备了Al掺杂的CdO多晶块体样品,通过掺入不同浓度的高价离子Al~(3+),调控其载流子浓度n并研究Al~(3+)掺杂对CdO电、热输运性能的影响。实验发现,Al~(3+)掺杂虽然能改善样品的功率因子S~2σ,但因电子热导率κe的显著增大使总热导率κ有较大提高,不利于CdO整体热电性能的提升。2)利用传统固相烧结法制备了Sr掺杂的CdO多晶块体样品,研究等价离子Sr~(2+)掺杂对其电、热输运性能的影响。一方面,因CdO和SrO电子亲和势的差别,Sr~(2+)掺入使CdO的载流子浓度n降低,导致其电阻率ρ和塞贝克系数S同时增大,功率因子s~2σ有所降低;另一方面,Sr~(2+)掺入使CdO的电子热导率κe和声子热导率κph同时减小,总热导率κ大幅度降低,从而显著提升了其热电性能。1000K时,最佳掺杂量样品Cd0.97Sr0.03O的ZT值达到了0.40,比本征CdO样品提高了约25%,可与目前报道的最好的n型氧化物热电材料相比拟。3)研究了硫酸盐CuSO_4·5H_2O掺杂对其热电性能的影响。实验发现,CuSO_4·5H_2O高温分解后的产物(CuO和SO_3)使样品的功率因子s~2σ和热导率κ同时得到优化,从而获得了较高的热电优值。其中,最佳掺杂量样品Cd0.995Cu0.005O在1000K时的ZT值达到最大,约为0.41。
【关键词】：热电 CdO 掺杂电 热输运 热电性能
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1;TB34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 热电材料简介10-12
• 1.1.1 研究历史10-11
• 1.1.2 热电材料研究进展11-12
• 1.2 热电基础理论及其主要应用12-17
• 1.2.1 Seebeck效应12-13
• 1.2.2 Peltier效应13
• 1.2.3 Thomson效应13-14
• 1.2.4 Kelvin关系14
• 1.2.5 热电材料性能的评价标准14-15
• 1.2.6 提高热电性能的途径15-16
• 1.2.7 热电材料的实际应用16-17
• 1.3 氧化物热电材料的研究进展17-18
• 1.4 课题研究的主要内容及意义18-19
• 第2章 样品制备与性能测试19-24
• 2.1 实验原料及设备仪器19
• 2.1.1 主要化学试剂19
• 2.1.2 主要设备仪器19
• 2.2 样品制备方法19-20
• 2.3 样品表征方法20-24
• 2.3.1 晶体结构分析(X射线衍射)20-21
• 2.3.2 表面形貌分析(扫描电子显微镜)21
• 2.3.3 霍尔测试21-22
• 2.3.4 电阻率和Seebeck系数测试22-23
• 2.3.5 热导率测试23-24
• 第3章 CdO电学性能的调控24-34
• 3.1 引言24
• 3.2 样品制备24-25
• 3.3 样品的XRD、SEM分析和霍尔测量25-28
• 3.3.1 XRD晶体结构分析25-26
• 3.3.2 SEM微观形貌分析26-27
• 3.3.3 样品的霍尔测试27-28
• 3.4 样品的热电性能28-33
• 3.4.1 电阻率和Seebeck系数28-30
• 3.4.2 热导率30-32
• 3.4.3 热电优值ZT32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章 CdO热学性能的调控34-43
• 4.1 引言34
• 4.2 样品制备34
• 4.3 样品的XRD、SEM分析和霍尔测量34-37
• 4.3.1 XRD晶体结构分析34-35
• 4.3.2 SEM微观形貌分析35-36
• 4.3.3 样品的霍尔测试36-37
• 4.4 样品的热电性能37-42
• 4.4.1 电阻率和Seebeck系数37-39
• 4.4.2 热导率39-41
• 4.4.3 热电优值ZT41-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 协同调控CdO的电学和热学性能43-52
• 5.1 引言43
• 5.2 样品制备43-44
• 5.3 样品的XRD、SEM分析和霍尔测量44-46
• 5.3.1 XRD晶体结构分析44
• 5.3.2 SEM微观形貌分析44-45
• 5.3.3 样品的霍尔测试45-46
• 5.4 样品的热电性能46-52
• 5.4.1 电阻率和Seebeck系数46-48
• 5.4.2 热导率48-50
• 5.4.3 热电优值ZT50-52
• 结束语52-53
• 参考文献53-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文61

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本文编号：531946