摻雜的CdO和Sm,Ni,Fe共摻雜Ca3Co4O9熱電性能的研究.pdf

1、利用固體內部載流子的運動實現電能與熱能直接相互轉變的材料稱之為熱電材料。本文綜合評述了熱電材料的研究現狀以及熱電材料的基本理論知識，詳細介紹了氧化物熱電材料的研究與發(fā)展現狀。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，分析了反應條件、摻雜量等對材料性能的影響，并詳細闡述了各影響因素對材料性能的影響機理。
　　本文采用固相反應燒結法制備Cd1-xSmxO和Cd1-xYxO材

2、料并測試其熱電性能;利用自蔓延法制備Sm、Ni、Fe共摻雜的Ca2.95Sm0.05 Co3.995-xNi0.005FexO9+δ材料并測試了其熱電性能。對所得樣品進行了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)采用固相反應燒結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，Fe共摻雜的Ca2.95Sm0.05 Co3.995-xNi0.005FexO9+δ(x=0，0.10，0.15，0.20)粉末，結合粉末冶金工藝制備了其塊體材料。
　　(2)對制備出的Cd1-xSmxO熱電材料進行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x=0.05時，就會有Sm2O3相的存在。測試結果顯示

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

5、升高，且隨Y摻入量的增加而減小;熱導率隨Y3+的摻入增加而增加;當Y摻入量x=0.005時，獲得最佳熱電性能，在973K時功率因子為2.9×10-3Wm-1K-2，ZT優(yōu)值達到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。其壓形數據符合黃培云壓形方程。其非線性指數m為2.074;壓制模量M為