NaCo2O4基热电材料的制备及性能研究

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热电材料是一种将热能和电能直接转换的功能材料。由热电材料制成的热电器件具有很多独特的优点,在少数科技尖端领域已获得成功的应用。本文综合评述了国内外热电材料研究进展,发现氧化物热电材料具有使用温度高、抗氧化、无污染、制备简单、使用寿命长等优点,成为具有研究潜力和应用价值的新型热电候选材料。本论文选择NaCo2O4氧化物热电材料作为研究对象,通过掺杂及各种合成,研究提高NaCo2O4基材料的热电优值。 本文分别采用固相反应法和首次应用柠檬酸溶胶—凝胶法对NaCo2O4以及Na位掺杂K、Ca、Sr、Ce试样进行了制备研究,采用热压烧结法和冷压烧结法制备Co位掺杂Ti,Ni,Cr的NaCo2O4试样,并对试样进行X射线衍射分析及电导率、Seebeck系数等测定,同时进一步分析研究了掺杂不同元素、不同掺杂量、不同制备方法对热电性能的影响,提出最佳的掺杂元素和最佳掺杂量。 本论文的主要研究成果如下: (1) 采用固相反应法和柠檬酸溶胶—凝胶法均可以获得纯度较高的NaCo2O4,并且采用这两种方法都可以使K,Ca,Sr掺杂入NaCo2O4晶格中。采用柠檬酸溶胶—凝胶法制备的掺Sr、Ca试样的功率因子高于固相反应法。 (2) NaCo2O4试样掺杂K,Ca,Sr均能提高材料的功率因子,掺杂Ce使NaCo2O4的功率因子降低。采用柠檬酸溶胶—凝胶法按照化学式(Na0.9Sr0.1)1.6Co2O4制备的试样的功率因子最大,其值为2.26×10-4W·m-1·K-2,比掺杂前NaCo2O4试样的功率因子提高了49.7%。因此对NaCo2O4的Na位掺杂研究获得最佳掺杂元素为Sr,最佳掺杂量为0.1。 (3) 研究结果表明不同制备方法对材料电阻率影响显著,与冷压烧结法相比较,热压烧结法制备试样的电阻率较小。实验发现Cr的掺杂有利于电导率的提高,无助于Seebeck系数的提高,而掺杂Ni、Ti使材料的电导率降
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