微波辅助氧化物热电材料的掺杂改性研究

摘要

热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料，在温差发电和制冷方面具有广泛的应用前景。随着环境污染和能源紧缺问题的日渐加剧，热电材料和器件的研究引起了人们的广泛关注，其中氧化物热电材料成本低并可在氧化性气氛下使用，因而具有很好的发展前景。本文使用微波辅助烧结结合常规高温固相烧结法合成热电材料，采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段进行了结构表征，并使用林赛斯塞贝克系数仪测试了样品的塞贝克系数、电导率以及功率因子，研究了不同种类及掺杂量对样品的A位和B位进行掺杂后对样品热电性能产生的影响。
　　采用固相法合成Ca3Co4O9基热电材料，分别对A、B位进行Na-In共掺杂、La-In共掺杂、Sr-In共掺杂，研究了掺杂量对Ca3Co4O9热电性能的影响。结果表明，掺杂后的样品仍然是层状结构，掺杂只是引起了晶格大小的改变，但是并没有改变晶格的结构。进行掺杂后，材料的电导率、Seebeck系数以及功率因子明显上升。对于不同元素双掺杂的一系列组分中，组分x=y=0.02时样品有望具有最佳的热电性能，在测试温度为965 K时，Na-In双掺杂样品的功率因子可以达到250.0μW·(mK2)-1，La-In双掺杂样品的功率因子可以达到239.8μW·(mK2)-1，Sr-In双掺杂样品的塞贝克系数可以达到203.0μV·K-1。
　　采用固相法合成CaMnO3基热电材料，分别对A位掺杂Y元素以及A、B位进行Y-Nb共掺杂，研究了掺杂量对CaMnO3热电性能的影响。结果表明，掺杂后的样品仍然是钙钛矿结构，没有第二相出现，掺杂同样只是引起了晶格大小的改变，并没有改变晶格的结构。进行掺杂后，材料的电导率、Seebeck系数以及功率因子相对于不掺杂的材料明显上升，对于Y单掺杂的一系列组分，材料x=0.07时样品有望具有最佳的热电性能，在测试温度为965 K时，功率因子能达到126.3μW·(mK2)-1;对于Y-Nb双掺杂的一系列组分，材料x=y=0.06时样品有望具有最佳的热电性能，在测试温度为965 K时，其功率因子能达到154.0μW·(mK2)-1。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 热电材料简介

1．2．1 热电材料工作原理

1．2．2 热电材料及器件研究概况

1．2．3 氧化物热电材料的研究进展

1．3 论文选题依据及主要研究内容

第二章 实验材料、仪器及表征测试方法

2．1 实验试剂和仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 材料的合成流程图如下

2．3 材料的表征

2．3．1 X射线衍射分析(XRD)

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．3 真密度分析

2．4 材料的热电性能测试

2．4．1 测试样品的制备

2．4．2 塞贝克系数的测试

2．4．3 电导率的测试

2．4．4 功率因子的测试

第三章 p型Ca3Co4O9基热电材料的制备、表征和性能优化

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 双掺杂Ca3-xNaxCo4-yInyO9的制备

3．2．2 双掺杂Ca3-xLaxCo4-yInyO9的制备

3．2．3 双掺杂Ca3-xSrxCo4-yInyO9的制备

3．3 本章小节

第四章 n型CaMnO3基热电材料的制备、表征和性能优化

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 单掺杂Ca1-xYxMnO3

4．2．2 双掺杂Ca1-xYxMn1-yNbyO9

4．3 本章小结

第五章 结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢