熱電材料NaCo-,2-O-,4-與其梯度材料、電極的制備及性能研究.pdf

1、隨著天然能源的日益減少，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，節(jié)約能源和清潔生產(chǎn)迫在眉睫。半導(dǎo)體熱電轉(zhuǎn)換裝置盡管目前轉(zhuǎn)換效率比較低，但因?yàn)榫哂薪Y(jié)構(gòu)緊湊、沒(méi)有移動(dòng)部件、工作無(wú)噪聲、使用壽命長(zhǎng)、安全不失效、易于自動(dòng)檢修、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，又成為研究熱點(diǎn)。熱電材料是通過(guò)材料的熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間的轉(zhuǎn)換的一種功能材料。作為熱電發(fā)電器的核心部分的熱電材料自然成為研究的重點(diǎn)。 本文首先對(duì)熱電效應(yīng)、熱電材料的發(fā)展歷史、熱電材料的研究進(jìn)展等作了較詳盡的綜述。

2、 本文以NaCo<,2>O<,4>為研究對(duì)象，以分析純Co(NO<,3>)<,2>·6H<,2>O<,3>，NaNO<,3>、檸檬酸為原料，采用檸檬酸溶膠-凝膠法(Sol-gel)制備NaCO<,2>O<,4>前驅(qū)粉體，然后用熱壓燒結(jié)法成功制備出NaCo<,2>O<,4>塊體材料。通過(guò)XRD、SEM等對(duì)所制樣品的物相組成、顯微組織進(jìn)行了分析；通過(guò)測(cè)試分析了樣品的電阻率、Seebeck系數(shù)和功率因子。分析燒結(jié)工藝對(duì)材料熱電性能的影響，

3、確定了較合適的工藝參數(shù)為：800℃的燒結(jié)溫度，2．4MPa的成型壓力，保溫時(shí)間40分鐘。同樣用熱壓燒結(jié)的方法制備了NaCO<,2>O<,4>電極，實(shí)驗(yàn)證明此工藝是可行的。 為了制備性能優(yōu)良的塊體材料，設(shè)計(jì)制備了熱壓燒結(jié)裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠，可實(shí)現(xiàn)功率無(wú)級(jí)連續(xù)可控，溫度控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)近一年的反復(fù)實(shí)際應(yīng)用檢驗(yàn)，結(jié)果表明是一個(gè)可靠實(shí)用的裝置。 以Ag，La作為摻雜元素，研究了所制樣品的顯微組織和熱電性能等，

4、結(jié)果顯示：摻雜對(duì)樣品的熱電性能有較大影響，這兩種摻雜劑都能不同程度地改善材料的熱電性能，且摻雜量不是越大越好，而是表現(xiàn)出最佳摻雜量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示：摻Ag比摻La對(duì)熱電性能的提高更為顯著，最佳的摻雜濃度為x=0.10。 為了提高熱電發(fā)電器件的轉(zhuǎn)換效率和輸出功率，最后用熱壓燒結(jié)的方法制備了NaCO<,2>O<,4>/Ca<,3>CO<,4>O<,9>梯度材料，確定燒結(jié)最佳工藝參數(shù)為800℃的燒結(jié)溫度，2.4MPa的成型壓力，保溫時(shí)間