新型钴基氧化物热电材料的制备及其性能研究

摘要

热电材料是一种通过热电效应实现热能和电能直接转换的功能材料，在热电发电和制冷等领域具有极为重要的应用前景。本文对热电现象、热电材料的发展历程、热电材料的研究进展等做了比较详细的论述。氧化物热电材料具有工作温度高、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候选热电材料。本论文的工作以一种新型的层状Ca2Co2O5氧化物热电材料作为研究对象，通过Sm3+元素的掺杂来改善其热电性能，得出诸多有价值的结论，并且筛选出性能优良的p型及n型热电材料，制作出温差发电器件，并测试其性能。
　　本论文采用溶胶-凝胶法结合常压烧结制备出了纯相Ca2Co2O5以及Sm3+掺杂的Ca2Co2O5热电材料，通过TG-DSC、IR、XRD、SEM，EDS以及热电性能测试等技术研究了样品的结构、微观形貌以及热电性能，并考察了Sm3+对Ca2Co2O5的结构和热电性能(电阻率、Seebeck系数、功率因子)的影响，筛选出性能较好的p型Ca1.70Sm0.30Co2O5及n型Ca0.95Sm0.05MnO3热电材料，制成热电器件。结果表明，利用-溶胶凝胶法结合常压烧结制备的Ca2Co2O5热电材料与其他方法制备的样品相比，具有致密的内部结构和良好的热电性能，三价的Sm3+替代二价的Ca2+后，优化了材料的载流子浓度，使样品的热电性能有了很大程度的提高。同时测试热电器件的电输出性能，结果表明，其输出电压和电流随温差的增大呈现出单调递增的趋势。