Ag+、Sr2+、Yb3+掺杂对Ca3Co4O9-δ热电性能的影响

摘要

采用溶胶凝胶及冷压方法,通过在Ca3Co4O9-δ体系中引入不同量的Ag+、Sr2+或Yb3+离子来调控体系的热电性能,成功制备了可在300～870K下稳定存在且热电性能优良的陶瓷材料Ca3-x-yAgxSryCo4O9-δ、Ca3-x-zAgxYbzCo4O9-δ、Ca3-y-zSryYbzCo4O9-δ(x,y,z=0.1,0.15,0.2).通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(IR)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段对产物进行了测试.结果显示,所制备的样品纯度较高,晶粒均匀,晶粒间较致密,适量的Ag+、Sr2+、Yb3+离子取代Ca2+离子固溶到晶体中使制备的双掺杂材料晶胞体积发生了变化,但并未引起晶体对称结构的变化.电阻率和Seebeck系数的结果说明双掺杂优化了载流子的浓度,使电阻率不断减小,使Seebeck系数的值不断增大.经过计算可知Seebeck系数的增大随电子有效质量的增大而升高.热导率结果分析可知,双掺杂的热导率随着掺杂元素的不同而减小.计算结果显示,声子热导依然在所制备的体系中占据主体贡献,这与Ca3Co4O9-δ单掺杂Ag+、Sr2+或Yb3+的结果吻合.随着温度的升高,双掺杂样品Ca2.7Ag0.2Yb0.1Co4O9-δ在870K下ZT值达到最大为0.18.