Ca_3Co_4O_9多晶热电陶瓷的制备及其性能表征

【摘要】： 本文以热电材料Ca_3Co_4O_9为研究对象,采取了静电纺丝法和溶胶-凝胶法两种方法来制备钴酸钙粉体,并用放电等离子体烧结(SPS)技术来制备钴酸钙块体。对所制备的样品进行了物相分析,形貌分析,结构分析和一系列的性能测试,测试了样品的热电参数,包括Seebeck系数,电导率,热导率。利用公式计算出了样品的热电优值(ZT值)。通过对两种不同方法制备的样品的结果分析比较得出: 制备单相钴酸钙粉体合适的工艺条件为空气气氛中750℃退火2 h,静电纺丝纤维的晶粒尺寸为40 nm左右。溶胶-凝胶法制备的钴酸钙粉体晶粒尺寸大约为100 nm,SPS烧结制备的块体样品,结构更加致密,没有其他氧化物杂相,片状结构很明显,发生了取向行为。静电纺丝法的晶粒尺寸增加为100 nm左右,溶胶-凝胶法的晶粒尺寸增加为500 nm左右。表征热电性能的Seebeck系数随着温度的升高而增大,电导率随着温度的升高而增大,而热导率随着温度的升高而减小,静电纺丝法热导率最小的数值为1.2 W m~(-1) K~(-1),而溶胶-凝胶法热导率最小的数值为1.32 W m~(-1) K~(-1),静电纺丝法由于细化了晶粒导致了热导率的降低,所以热电性能要比溶胶-凝胶法的热电性能优越。 同时,本文还对影响静电纺丝纤维直径的因素进行了研究,我们发现不同的影响因素下对纤维的直径的影响是不同的。接收距离越大纤维的直径越细,但接收到的丝数量会变少。不同的电纺电压下,纤维的直径也有变化,合适的电场强度可以得到形貌良好的纤维。过高过低的电场强度容易得到弯曲形状的纤维。溶液的流速对纤维的直径影响不大,但流速过大会导致液滴的出现。如果溶液的流速较慢,纺丝的速度也会较慢。溶液浓度对纤维的影响最大,浓度高,纤维的直径就会粗,浓度低纤维的直径会变细。