新型高温氧化物热电材料及其热电转换性能的研究

摘要

氧化物热电材料体系由于具有对环境没有污染,稳定性好,使用寿命长,不合有毒物质,成本较低等优点而备受瞩目,他是一种在具有高温条件下的潜在应用前景的新的热电转换材料。本实验采用柠檬酸法结合自燃法合成P型Ca3Co4-xAgxO9(x=0,0.1,0.2,0.3)和N型Ca1-xSmxMnO3(x=0,0.02,0.04,0.06)均相的粉末,平均粒径为1.3μm。利用粉末冶金方法获得热电材料。应用XRD和SEM等手段分析和表征两个体系材料的物相组成和微观结构,研究x值的变化对于各体系材料热电性能(包括电阻率、Seebeck系数、功率因子、热导率和ZT值)的影响。对于P型Ca3Co4-xAgxO9和N型Ca1-xSmxMnO3材料来说,随着各自掺杂Ag和Sm量加大,体系中载流子浓度增大,使得材料电导率升高,seebeck系数降低,但总体材料的功率因子得到了提高。rn 研究结果表明掺Ag x=0.2的试样Ca3Co3.8Ag0.2O9和掺Smx=0.02的试样Ca0.98Sm0.02MnO3具有最优的热电性能。Ca3Co3.8Ag0.2O9试样的功率因子在973K时达到188.7μW·(m-1·K-2),ZT值为0.197。而N型的Ca0.98Sm0.02MnO3试样达到230.67μW(m-1·K-2),ZT值为0.149。为研究其实际的应用。我们利用上述材料试样组装的2组PN节的温差发电器件,研究表明在高温端873K,温差为523K时,最大输出功率为36.8mW,体积功率密度为81.9mW·cm-3,制造因子μ达到0.583。