Ca-Co-O系热电材料的制备及性能研究

【摘要】： 近年来,随着环境和能源问题的日益严峻,热电材料又受到了众多研究者的高度重视。本文首先对热电现象、热电材料的发展历程、热电材料的研究进展等做了比较详细的论述。指出:Ca_3Co_4O_9是一个层状化合物,由导热层和隔热层交替排列而成,其中载流子与晶格间相互作用非常强。 本文选择Ca_3Co_4O_9和Ca3-xAxCo4O9做为研究对象,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备Ca_3Co_4O_9纳米粉末,粉末干压成型,900℃下烧结5小时制备Ca_3Co_4O_9热电材料;并制备掺杂稀土(La、Sm)化合物和碱土(Sr)化合物的Ca-Co-O体系热电材料。用扫描电子显微镜(SEM)对所制备材料的前驱粉体及材料进行形貌观察;用X-射线衍射仪(XRD)对合成的化合物进行结构分析;并测试了材料的电导率等性能,得出电导率随温度的变化关系;同时,对材料的热导率进行了理论估算,分析了材料的热导率随温度的变化关系。另外,研究了溶胶-凝胶法制备试样的工艺过程,对Ca_3Co_4O_9与Ca3-xAxCo4O9两个系列试样的结构和热电性能进行了分析总结。结果表明,掺杂的试样其热电性能有了较大提高。 通过对本课题的研究得出结论:溶胶-凝胶法是制备粒度小、活性高的粉末行之有效的方法,通过改善制备工艺,提高Ca-Co-O体系的热电性能是可行的。引入合适的掺杂元素,调整恰当的掺杂比例,是改善该体系热电性能的一个有效途径。