NaCo2O4熱電材料摻雜的研究.pdf

1、NaCo2O4材料是一種性能優(yōu)異的熱電陶瓷氧化物材料。本文通過(guò)對(duì)NaCo2O4進(jìn)行摻雜,來(lái)研究摻雜對(duì)材料熱電性能的影響。摻雜研究包括對(duì)NaCo2O4的Co位摻入Cu的研究,以及在Na位摻入Ag的研究。本文對(duì)樣品分別摻入了不同組分含量的Cu和Ag,通過(guò)改變摻雜量的多少,來(lái)探究最優(yōu)化的摻雜比例及材料性能變化的內(nèi)部機(jī)制。所有樣品的制備均采用傳統(tǒng)的固相反應(yīng)法。
　　對(duì)制備出的樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和熱電性能的表征,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)手段包括

2、XRD,SEM,電阻率(低溫,高溫),Seebeck系數(shù)和熱導(dǎo)率。通過(guò)對(duì)NaCo2O4的Co位摻入Cu的研究,發(fā)現(xiàn)摻雜量太大時(shí),材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。x≤0.35時(shí),Na(Co1-xCux)2O4仍然具有NaCo2O4的結(jié)構(gòu),而x=0.40的樣品的衍射圖譜中主峰位置發(fā)生變化,由此可以知道當(dāng)x=0.40時(shí)樣品的晶格常數(shù)變化,這和Cu在固體中的溶解度有關(guān),限制了Cu的摻入量。當(dāng)x=0.15和x=0.20時(shí),摻入Cu后樣品的熱導(dǎo)率比未摻雜的小

3、。摻雜樣品的Seebeck系數(shù)比未摻雜的樣品的Seebeck有很大提高,其中x=0.15時(shí)樣品的Seebeck系數(shù)最大?？傮w來(lái)看,在Co位摻入Cu,摻雜量為x=0.05和x=0.15時(shí)NaCo2O4材料的熱電性能比未摻雜前有一定的改善和提高。通過(guò)對(duì)NaCo2O4的Na位摻入Ag的Na1-xAgxCo2O4的研究,發(fā)現(xiàn)材料的電阻率隨著溫度的升高而增大,呈類(lèi)金屬性。低溫電阻部分,無(wú)摻雜時(shí)材料的電阻率最大,摻入Ag的量為x=0.05時(shí),材料的

4、電阻率最小,這是因?yàn)锳g的摻入導(dǎo)致了載流子濃度的改變。在高溫電阻部分,摻雜量為x=0.5時(shí)材料的電阻率最小。摻入Ag后材料的熱導(dǎo)率有所增大,但是NaCo2O4材料本身的熱導(dǎo)率較小,與NaCo2O4的結(jié)構(gòu)有較大的關(guān)系,Na0.5層Na離子的無(wú)序排布起了至關(guān)重要的作用。從Seebeck系數(shù)來(lái)看,Ag含量為x=0.05時(shí)最大,這可能與電子之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)作用有關(guān)。綜合各項(xiàng)參數(shù)的結(jié)果,計(jì)算出了摻雜對(duì)整體熱電性能影響。從ZT值看,最優(yōu)摻雜比為x=0.