论文部分内容阅读
热电材料是一种能将热能和电能直接转换的新型功能材料。本文综合评述了热电材料的国内外发展过程，详细介绍了热电材料的基本理论知识，发现目前金属化合物热电材料应用广泛，氧化物热电材料更具研究潜力和应用价值。本论文工作主要研究了铅硫属化合物以及NaxCo2O4氧化物热电材料的合成与表征，分析了反应条件对合成产物性能的影响，并详细阐述了各自的反应机理。本文采用元素溶剂热反应合成出不同形貌的PbE（E=Te，Se）微晶，通过自燃法结合粉末冶金工艺制备了具有高压制性能的层状粉末以及高度定向结晶的NaxCo2O4氧化物热电陶瓷材料。对所得反应物进行了X射线衍射（X-ray）分析，透射电镜（TEM）与扫描电镜（SEM）的分析，光致荧光光谱的表征。同时分析了Na的含量以及材料的致密度对氧化物热电材料的seebeck系数，电导率和热电优值的影响。本论文的主要研究成果如下：1．通过元素单质溶剂热法，在反应温度为180℃，反应时间为12h时可获得高度结晶的树枝状PbTe微晶以及立方状PbSe微晶。分析元素溶剂热反应的时间，温度对合成产物形貌的影响，最终可以通过控制反应时间，温度而达到对合成产物的形貌可控。2．通过分析PbE（E=Te，Se）微晶的荧光性质，可以看出PbE（E=Te，Se）微晶出现波峰的荧光发射波长基本一致，但波峰的强度存在显著的差别。这种现象说明材料的性质与样品的微结构以及缺陷密度之间存在着一定的关系，可以推断出特定的结构对于PbE（E=Te，Se）微晶的光学性能是有着显著的影响。3．通过自燃法结合气流粉碎工艺可以制备出粒度分布均匀，平均粒径在2μm，具有层状结构的NaxCo2O4超细粉末。较小的压制模量说明获得的粉末具有很好的压制性能。所获得的粉末结合传统粉末冶金工艺，可以制备出具有高度定向结晶的氧化物热电陶瓷NaxCo2O4试样，其Lotgering因子f达到了0.975。4．NaxCo2O4热电陶瓷材料中Na含量的增加提高了材料的seebeck系数，降低了材料的电导率，但seebeck系数的增大幅度高于电导率降低幅度，因此NaxCo2O4热电陶瓷材料的功率因子也随着Na含量的增加而增大。NaxCox2O4热电陶瓷材料的孔隙率大大降低了其电学性能，所以控制Na的挥发量，增加材料的致密度，提升材料的热电性能将成为下一阶段的研究重点。本文的研究为继续开发钴基氧化物以及金属化合物热电材料的发展提供一条新的路径，具有一定的指导意义和实用价值。在以后的研究中，可以将自燃法所获得的粉末与粉末冶金冷高压成型技术相结合，用以改善材料的致密度，以在一定程度上提高材料的电导率，以达到制备较高热电优值的热电材料的目的。