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层状氧化物In_2O_3(ZnO)_3及BiCuSeO的制备及其热电性能的研究

黄璐璐  
【摘要】:热电材料能够实现电能和热能的直接相互转换,在废热回收,精确控温和自驱动传感器领域有广泛的应用前景。热电材料的大规模应用有利于提高能源利用率,缓解能源危机。本论文以In_2O_3(Zn O)_3和BiCuSeO两种层状氧化物热电材料为研究对象,针对In_2O_3(Zn O)_3热导率高,BiCuSeO电导率低的问题,采用优化制备工艺和掺杂等手段来提高两种氧化物材料的热电性能。本论文采用传统固相法制备Ga_2O_3掺杂In_2O_3(Zn O)_3陶瓷块体样品,并对样品的微观组织,电传输性能及热传输性能进行了研究。发现掺杂Ga_2O_3能够有效抑制In_2O_3(Zn O)_3晶粒的生长,并且在掺杂到一定浓度时析出第二相。在973 K下,Ga_2O_3掺杂量为0.5 mol%时In_2O_3(Zn O)_3陶瓷热导率最低为1.45 Wm~(-1)K~(-1)。并在973 K获得最高ZT值为0.21,相比未掺杂样品提高了28.57%。为了提高In_2O_3(Zn O)_3的热电性能,利用化学镀及放电等离子烧结制备了Cu Ni-In_2O_3(Zn O)_3陶瓷块体样品。结果表明,In_2O_3(Zn O)_3的电导率得到明显改善,在873 K与未镀覆的In_2O_3(Zn O)_3陶瓷块体样品相比,Cu Ni-In_2O_3(Zn O)_3陶瓷块体样品的电导率从17.18 Scm~(-1)提高到2074.97 Scm~(-1),此时ZT值由0.06提高到0.10。最后,本论文采用固相烧结结合放电等离子烧结两步法制备了Bi_(1-x)Ba_xCu Se O陶瓷块体样品。选择Ba O作为掺杂元素,探究了Ba O的掺杂浓度对电传输及热传输性能的影响。Ba O掺杂后禁带宽度逐渐降低,电导率大幅度提升。并且当Ba O的掺杂量为x=0.175时达到固溶极限,未固溶的Ba O与基体中的部分Se反应生成Ba Se O_3第二相。最终在873 K时,相比于未掺杂的BiCuSeO,Bi_(0.825)Ba_(0.175)Cu Se O样品的ZT在由0.42提高到0.82。


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