NaCo-,2-O-,4-基熱電材料的制備及性能研究.pdf

1、熱電材料是一種將熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料。由熱電材料制成的熱電器件具有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在少數(shù)科技尖端領(lǐng)域已獲得成功的應(yīng)用。本文綜合評(píng)述了國(guó)內(nèi)外熱電材料研究進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)氧化物熱電材料具有使用溫度高、抗氧化、無(wú)污染、制備簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為具有研究潛力和應(yīng)用價(jià)值的新型熱電候選材料。本論文選擇NaCo2O4氧化物熱電材料作為研究對(duì)象，通過(guò)摻雜及各種合成，研究提高NaCo2O4基材料的熱電優(yōu)值。 本文分別采用固相反應(yīng)法和首次應(yīng)

2、用檸檬酸溶膠—凝膠法對(duì)NaCo2O4以及Na位摻雜K、Ca、Sr、Ce試樣進(jìn)行了制備研究，采用熱壓燒結(jié)法和冷壓燒結(jié)法制備Co位摻雜Ti，Ni，Cr的NaCo2O4試樣，并對(duì)試樣進(jìn)行X射線衍射分析及電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)等測(cè)定，同時(shí)進(jìn)一步分析研究了摻雜不同元素、不同摻雜量、不同制備方法對(duì)熱電性能的影響，提出最佳的摻雜元素和最佳摻雜量。 本論文的主要研究成果如下： (1)采用固相反應(yīng)法和檸檬酸溶膠－凝膠法均可以獲得純度較

3、高的NaCo2O4，并且采用這兩種方法都可以使K，Ca，Sr摻雜入NaCo2O4晶格中。采用檸檬酸溶膠—凝膠法制備的摻Sr、Ca試樣的功率因子高于固相反應(yīng)法。(2)NaCo2O4試樣摻雜K，Ca，Sr均能提高材料的功率因子，摻雜Ce使NaCo2O4的功率因子降低。采用檸檬酸溶膠—凝膠法按照化學(xué)式(Na0.9Sr0.1)1.6Co2O4制備的試樣的功率因子最大，其值為2.26×10-4W·m-1·K-2，比摻雜前NaCo2O4試樣的功率因

4、子提高了49.7％。因此對(duì)NaCo2O4的Na位摻雜研究獲得最佳摻雜元素為Sr，最佳摻雜量為0.1。 (3)研究結(jié)果表明不同制備方法對(duì)材料電阻率影響顯著，與冷壓燒結(jié)法相比較，熱壓燒結(jié)法制備試樣的電阻率較小。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Cr的摻雜有利于電導(dǎo)率的提高，無(wú)助于Seebeck系數(shù)的提高，而摻雜Ni、Ti使材料的電導(dǎo)率降低，而Seebeck系數(shù)都比摻雜前有很大提高。 (4)摻雜Ni、Ti的NaCo2O4材料，測(cè)得的功率因子較低，而與摻