摻雜的CdO和Sm,Ni,Fe共摻雜Ca3Co4O9熱電性能的研究.pdf

1、利用固體內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電能與熱能直接相互轉(zhuǎn)變的材料稱之為熱電材料。本文綜合評(píng)述了熱電材料的研究現(xiàn)狀以及熱電材料的基本理論知識(shí)，詳細(xì)介紹了氧化物熱電材料的研究與發(fā)展現(xiàn)狀。論文工作主要研究了CdO基氧化物和Sm、Ni、Fe共摻雜的Ca3Co4O9+δ熱電材料的合成與性能表征，分析了反應(yīng)條件、摻雜量等對(duì)材料性能的影響，并詳細(xì)闡述了各影響因素對(duì)材料性能的影響機(jī)理。
　　本文采用固相反應(yīng)燒結(jié)法制備Cd1-xSmxO和Cd1-xYxO材

2、料并測(cè)試其熱電性能;利用自蔓延法制備Sm、Ni、Fe共摻雜的Ca2.95Sm0.05 Co3.995-xNi0.005FexO9+δ材料并測(cè)試了其熱電性能。對(duì)所得樣品進(jìn)行了X射線衍射分析(XRD)和掃描電鏡分析(SEM)，研究了摻雜量的變化對(duì)兩種體系熱電材料性能的影響。論文的主要研究成果如下:
　　(1)采用固相反應(yīng)燒結(jié)法可以制備出多晶的Cd1-xSmxO(x=0，0.001，0.005，0.01，0.05)和Cd1-xYxO(x

3、=0，0.005，0.01，0.02)氧化物熱電材料;利用自蔓延法成功合成Sm，Ni，F(xiàn)e共摻雜的Ca2.95Sm0.05 Co3.995-xNi0.005FexO9+δ(x=0，0.10，0.15，0.20)粉末，結(jié)合粉末冶金工藝制備了其塊體材料。
　　(2)對(duì)制備出的Cd1-xSmxO熱電材料進(jìn)行X射線衍射分析可知，Sm3+離子在Cd1-xSmxO中的溶解度極限是很小的，當(dāng)x=0.05時(shí)，就會(huì)有Sm2O3相的存在。測(cè)試結(jié)果顯示

4、，隨Sm摻入量增大，材料致密度，電阻率和Seebeck系數(shù)均下降，但總的熱導(dǎo)率隨著Sm3+的摻雜而提高。當(dāng)Sm摻入量x=0.005時(shí)，Cd1-xSmxO材料在973K展現(xiàn)出較高的熱電性能，功率因子達(dá)到較大值6.68×10-4Wm-1K-2，ZT值為0.24。
　　(3)通過對(duì)Cd1-xYxO試樣性能測(cè)試分析可知，Y元素的摻入使得試樣致密度下降。當(dāng)Y摻入量x=0.01時(shí)，電阻率呈現(xiàn)最小值3.3μΩ·m。Seebeck系數(shù)隨溫度升高而

5、升高，且隨Y摻入量的增加而減小;熱導(dǎo)率隨Y3+的摻入增加而增加;當(dāng)Y摻入量x=0.005時(shí)，獲得最佳熱電性能，在973K時(shí)功率因子為2.9×10-3Wm-1K-2，ZT優(yōu)值達(dá)到0.35。
　　(4)采用自蔓延法制備的Ca2.95Sm0.05Co3.995-xNi0.005FexO9+δ粉末的粒度分布在0.2μm到91.2μm之間，平均粒度23.1μm，較為粗大。其壓形數(shù)據(jù)符合黃培云壓形方程。其非線性指數(shù)m為2.074;壓制模量M為