銅或釓摻雜Ca3Co4O9與銀復(fù)合陶瓷的熱電性能.pdf

1、Ca3Co4O9基氧化物是近年來(lái)備受關(guān)注的氧化物熱電材料之一，其具有無(wú)毒性、可在高溫氧化條件下長(zhǎng)期工作、制備簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是，目前這種材料的熱電轉(zhuǎn)換效率偏低，離實(shí)際應(yīng)用還有較大的差距，因此，人們不斷尋求提高其熱電性能的新途徑。本論文以Ca3Co4O9材料為研究對(duì)象，通過(guò)Cu或Gd摻雜及Ag復(fù)合，嘗試提高其熱電性能。
　　利用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法合成高純、組分均勻的Cu或Gd摻雜Ca3Co4O9與Ag復(fù)合前驅(qū)粉體，采用放電等離子

2、燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備出高致密的陶瓷材料，利用X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)對(duì)材料的物相和形貌進(jìn)行表征，并在323~973K的溫度范圍，研究了材料的Seebeck系數(shù)S、電導(dǎo)率σ、功率因子P等性能參數(shù)隨溫度的變化規(guī)律。
　　對(duì)SPS燒結(jié)制備的Ca3Co3.8Cu0.2O9/Ag和(Ca0.9Gd0.1)3Co4O9/Ag體系陶瓷進(jìn)行掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，晶粒均呈片層狀、尺寸大小約在1~3μm，片與片之

3、間接觸緊密，無(wú)明顯的氣孔，材料的致密度較高，均達(dá)到96％以上，并且在外加壓力的垂直方向上呈現(xiàn)出一定的取向排布。從復(fù)合Ag試樣斷口的背散射照片可以看出，Ag單質(zhì)以第二相的形式存在于Ca3Co4O9基體的晶界處，尺寸大約在0.1~1μm。
　　對(duì)Cu摻雜Ca3Co4O9與Ag復(fù)合陶瓷的熱電性能研究表明，Cu摻雜使材料的電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)同時(shí)增大，Ag的復(fù)合則顯著提高了材料的電導(dǎo)率，其中， Ca3Co3.8Cu0.2O9/0.2

4、5Ag試樣的電導(dǎo)率最大，在973K時(shí)達(dá)到161.25S·cm-1，與未復(fù)合Ag的Ca3Co3.8Cu0.2O9試樣相比提高了28%，相對(duì)于Ca3Co4O9試樣提高了41%。Ca3Co3.8Cu0.2O9/0.2Ag試樣的功率因子最大，在973K時(shí)達(dá)到3.68×10-4W·m-1·K-2，比Ca3Co4O9試樣提高了30%。
　　Gd摻雜顯著提高了Ca3Co4O9陶瓷的Seebeck系數(shù)，但使其電導(dǎo)率有所降低。對(duì)于(Ca0.9Gd0