NaCo2O4熱電材料摻雜的研究.pdf

1、NaCo2O4材料是一種性能優(yōu)異的熱電陶瓷氧化物材料。本文通過對NaCo2O4進行摻雜,來研究摻雜對材料熱電性能的影響。摻雜研究包括對NaCo2O4的Co位摻入Cu的研究,以及在Na位摻入Ag的研究。本文對樣品分別摻入了不同組分含量的Cu和Ag,通過改變摻雜量的多少,來探究最優(yōu)化的摻雜比例及材料性能變化的內部機制。所有樣品的制備均采用傳統(tǒng)的固相反應法。
　　對制備出的樣品進行了結構和熱電性能的表征,并對結果進行了分析。實驗手段包括

2、XRD,SEM,電阻率(低溫,高溫),Seebeck系數(shù)和熱導率。通過對NaCo2O4的Co位摻入Cu的研究,發(fā)現(xiàn)摻雜量太大時,材料的結構發(fā)生了變化。x≤0.35時,Na(Co1-xCux)2O4仍然具有NaCo2O4的結構,而x=0.40的樣品的衍射圖譜中主峰位置發(fā)生變化,由此可以知道當x=0.40時樣品的晶格常數(shù)變化,這和Cu在固體中的溶解度有關,限制了Cu的摻入量。當x=0.15和x=0.20時,摻入Cu后樣品的熱導率比未摻雜的小

3、。摻雜樣品的Seebeck系數(shù)比未摻雜的樣品的Seebeck有很大提高,其中x=0.15時樣品的Seebeck系數(shù)最大。總體來看,在Co位摻入Cu,摻雜量為x=0.05和x=0.15時NaCo2O4材料的熱電性能比未摻雜前有一定的改善和提高。通過對NaCo2O4的Na位摻入Ag的Na1-xAgxCo2O4的研究,發(fā)現(xiàn)材料的電阻率隨著溫度的升高而增大,呈類金屬性。低溫電阻部分,無摻雜時材料的電阻率最大,摻入Ag的量為x=0.05時,材料的

4、電阻率最小,這是因為Ag的摻入導致了載流子濃度的改變。在高溫電阻部分,摻雜量為x=0.5時材料的電阻率最小。摻入Ag后材料的熱導率有所增大,但是NaCo2O4材料本身的熱導率較小,與NaCo2O4的結構有較大的關系,Na0.5層Na離子的無序排布起了至關重要的作用。從Seebeck系數(shù)來看,Ag含量為x=0.05時最大,這可能與電子之間的強關聯(lián)作用有關。綜合各項參數(shù)的結果,計算出了摻雜對整體熱電性能影響。從ZT值看,最優(yōu)摻雜比為x=0.