Ag-La和Ag-Mn摻雜Ca3Co4O9的熱電性能研究.pdf

1、Ca3Co4O9基氧化物是近年來備受關(guān)注的氧化物熱電材料之一，它具有熱電性能好、制備簡單、耐高溫、抗氧化、無污染和成本低等優(yōu)點。本文以固相反應(yīng)法制備Ca3Co4O9熱電材料，通過對Ca位摻Ag、La及Ca位摻Ag、Co位摻Mn，著重研究雙摻雜對Ca3Co4O9材料的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。
　　采用固相反應(yīng)法成功制備出了Ca3Co4O9塊體樣品。由SEM結(jié)果分析可知，晶粒呈層狀，分布均勻。熱電性能測試表明:在室溫到369K之間，

2、電阻率隨溫度的升高而增大，表現(xiàn)出金屬特性，在369K～665K之間電阻率隨溫度的升高而降低，表現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，在665K以上電阻率隨溫度的升高而增大，這是因為在測試過程中樣品有脫氧行為，另外隨著溫度的升高晶格散射增強;Seebeck系數(shù)為正值，說明Ca3Co4O9為P型半導(dǎo)體，Seebeck系數(shù)隨溫度的升高而增大，這是與聲子的曳引效應(yīng)有關(guān);熱導(dǎo)率隨溫度的升高先減小后增大。
　　采用固相反應(yīng)法制備出了(Ca0.9-xAg0.1Lax

3、)3Co4O9(0≤x≤0.08)系列塊體樣品，由SEM結(jié)果分析可知，晶粒分布均勻，隨著摻雜量的增多，晶粒尺寸縮小。對于單摻Ag(x=0)樣品，電阻率降低，Seebeck系數(shù)增大，熱電性能得到提高。對于Ag和La雙摻樣品，即在Ag摻雜量不變的基礎(chǔ)上摻入La，可以使材料的熱電性能進一步提高，且隨著La摻雜量的增加電阻率先降低后升高。x=0.02樣品的電阻率最小，在665K時，其電阻率為17.3mΩcm，比單摻Ag樣品降低了13.1％;Se

4、ebeck系數(shù)略有改善，熱導(dǎo)率也有不同程度的降低;在本實驗中x=0.02為最佳摻雜量，在873K時，(Ca0.88Ag0.1La0.02)3Co4O9樣品的ZT值為0.1311，是單摻Ag樣品(ZT=0.0652)的2.0倍，是未摻雜樣品(ZT=0.0485)的2.7倍。
　　采用固相反應(yīng)法制備出了(Ca0.9Ag0.1)3(Co1-xMnx)4O9(0.015≤x≤0.10)系列塊體樣品，由SEM結(jié)果分析可知，適量的Ag和Mn雙

5、摻雜可以細化晶粒。對于Ag和Mn雙摻雜樣品，電阻率隨著Mn摻雜量的增加而增大，均大于單摻Ag(x=0)樣品，且x=0.015樣品除外，其余Ag和Mn雙摻雜樣品的電阻率均大于未摻雜樣品;Seebeck系數(shù)基本隨Mn摻雜量的增加而增大;在溫度為873K時，熱導(dǎo)率隨Mn摻雜量的增加先減小后增大，但均低于單摻Ag樣品，x=0.05樣品的熱導(dǎo)率最小，其值為1.06W·m-1·K-1，比單摻Ag樣品降低了40.4％;在873K時，x=0.05樣品的