稀土元素Sm掺杂SrTiO3输运以及热电性能的研究

摘要

热电材料是一种能够将电能与热能进行直接相互转换的功能材料，可以广泛的用于发电和制冷。氧化物热电材料具有优良的结构稳定性和化学稳定性、成本低、不易氧化、无污染等优点引起了人们广泛的研究兴趣。本文以探索提高热电材料的热电性能为目的，深入分析了掺杂量对SrTiO3材料的输运以及热电性能的影响。
　　本论文首先尝试采用溶胶-凝胶法、高温高压法、固相反应法预合成稀土Sm掺杂的系列样品SmxSr1-xTiO3，最后虽然得到部分单相样品，但更进一步的测试表明样品质量需要进一步的提高。SmxSr1-1.5xTiO3(x=0、0.02、0.04、0.06、0.08)的样品是通过传统的固相反应法合成的，发现1470℃5％H2/Ar中烧结6小时的条件下，固溶限为8%。
　　样品的密度测试表明样品具有很高的致密性。XRD结构分析没有发现有杂质峰的存在，而且随掺杂量的增加，衍射峰有轻微的向高角度移动的趋势。氧化还原滴定显示氧含量随着掺杂的增大逐渐减少。
　　通过对样品低温电阻率的研究发现，稀土掺杂后能显著降低样品的电阻率。对于样品的导电机制进行分析，发现在低温区符合热激活跳跃导电模型，高温区符合绝热小极化子跳跃导电模型。
　　详细研究了SmxSr1-1.5xTiO3系列样品的低温热导率和热电势。研究发现影响热导率的主要因素是点缺陷散射。对低温热电势的分析表明样品的热电势在室温以下近似满足非简并的半导体模型，并通过简单计算得到费米能级的数据。稀土Sm的掺杂提高费米能级，改变了费米面的形状和能带结构，因此改变了Seebeck系数的数值。基于以上的分析表明通过A位掺杂稀土能够有效的降低材料的热导率和电阻率，同时热电势没有明显的降低，整个SmxSr1-1.5xTiO3体系的热电性能进一步得到提高。

目录

稀土元素Sm 掺杂SrTiO3 输运以及热电性能的研究

THE INVESTIGATION OF TRANSPORTAND THERMOELECTRICALPROPERTIES OF RARE EARTH SmDOPED SrTiO3 SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 热电器件的基本工作原理

1.3 热电学的基本理论与应用

1.3.1 热电效应

1.3.2 几种表征热电材料性能的参数

1.3.3 相关的散射机制

1.3.4 提高热电材料性能的途径

1.4 氧化物热电材料研究进展

1.5 本文研究的内容与意义

第2章 SmxSr1-xTiO3 多晶样品的合成探索

2.1 电子掺杂SrTiO3 的研究现状

2.2 电子掺杂SrTiO3 的多晶样品的主要合成方法探索

2.3 本章小结

第3章 SmxSr1-1.5xTiO3 样品的制备与表征

3.1 固相反应制备多晶样品简介

3.2 样品制备

3.3 试样密度测试与分析

3.4 多晶样品结构测试与分析

3.5 氧含量的测定

3.6 低温输运性能测试方法

3.7 本章小结

第4章 SmxSr1-1.5xTiO3 电输运性质的研究

4.1 几种常见的电输运模型

4.2 样品Sr1-1.5xSmxTiO3 低温电阻率测试与分析

4.3 Sr1-1.5xSmxTiO3 (0≤x≤0.08)样品的高温电阻率测试与分析

4.4 本章小结

第5章 SmxSr1-1.5xTiO3 低温热电性能研究

5.1 低温热导测试结果与分析

5.2 低温热电势结果与分析

5.3 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢