Ca3Co4O9基納米復(fù)合熱電材料的制備及性能研究.pdf

1、熱電器件具有尺寸小、重量輕、便于攜帶、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、無噪聲、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)余廢熱的回收利用，空間特殊電源，微電子及制冷等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，鈷基氧化物熱電材料由于其獨(dú)特的層狀晶體結(jié)構(gòu)和熱電傳輸特性，并且它還有好的熱穩(wěn)定性，無毒性、無污染，在高溫氧化環(huán)境下能夠長(zhǎng)期工作，因此，在廢氣、廢熱再利用領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景，成為目前研究的熱點(diǎn)之一。
　　 本文利用溶膠凝膠法(Sol-Gel)和電場(chǎng)激活壓力輔助合成(

2、Field-Activated and Pressure-Assisted Synthesis，F(xiàn)APAS)技術(shù)相結(jié)合制備Ca3Co4O9/xwt.％SiO2(x=0.1，0.5，1，2)，Ca3Co4O9/0.5wt.％SiO2/xwt。％Ag(x=3，6，9)和Ca3Co4O9/xwt.％CNTs(x=0.05，0.1，0.5，1)納米復(fù)合熱電材料，通過對(duì)其進(jìn)行微觀形貌以及熱電性能的測(cè)試，來探索向Ca3Co4O9摻雜的納米第二相對(duì)其

3、微觀形貌和熱電性能的影響。
　　 分析表明：利用溶膠凝膠(sol-Gel)法以硝酸鹽為原料可以制備出粒徑均勻的Ca3Co4O9粉末，利用超聲振蕩法摻雜納米第二相，再經(jīng)FAPAS燒結(jié)后，可以得到純相Ca3Co4O9化合物，第二相可以穩(wěn)定存在于基體中：從SEM掃描照片可以看出：Ca3Co4O9晶體顆粒為片層結(jié)構(gòu)，摻雜了納米第二相后，Ca3Co4O9晶粒的大小以及形狀也受到了影響。
　　 研究結(jié)果表明，在氧化物熱電材料Ca3C

4、o4O9中加入納米第二相即納米二氧化硅或碳納米管，都有利于電性能的提高。Ca3Co4O9/xwt.％SiO2(x=0.1，0.5，1，2)所有試樣中Ca3Co4O9/0.5wt.％SiO2提高電性能的效果最明顯，在800℃時(shí)功率因子最值為0.349 mW/mk2，未經(jīng)摻雜的最大值為0.324mw/mk2，功率因子得到了8％的提升；由于摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％納米二氧化硅的試樣得到了最高的功率因子，在此基礎(chǔ)上添加了Ag，結(jié)果顯示：摻雜了Ag

5、后可以有效地改變Ca3Co4O9/xwt.％SiO2晶粒的取向度。當(dāng)Ag摻雜量為9％時(shí)雙摻雜的試樣(Ca3Co4O9/0.5wt.％SiO2/9wt.％Ag)得到最高的功率因子0.389 mW/mk2高于單摻雜納米二氧化硅試樣體系中Ca3Co4O9/0.5wt。％SiO2的最值(0.349 mW/mk2)。
　　 對(duì)于Ca3Co4O9/xwt.％CNTs(x=0.05，0.1，0.5，1)體系，Ca3Co4O9/0.1wt。％N