新型三氧化鎢基陶瓷的熱電性能研究.pdf

1、熱電材料可以利用自身內(nèi)部載流子的運(yùn)動來達(dá)到熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的目的。它是一種新能源材料，而且對環(huán)境的壓力較小，符合現(xiàn)代新能源材料的發(fā)展趨勢。當(dāng)材料的兩端溫度不一樣時，材料中會產(chǎn)生電勢差。這種熱電轉(zhuǎn)換效應(yīng)是可逆的，故熱電材料比較適合用作熱能發(fā)電以及制冷裝置。而且熱電材料還具有無噪音，體積小，無污染，精確可靠，壽命長等一系列優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍涉及微電子領(lǐng)域，航空航天，日常生活等許多領(lǐng)域。
　　WO3作為一種十分重要的高技術(shù)原材料，已經(jīng)在

2、許多領(lǐng)域里表現(xiàn)出了很大的應(yīng)用價值，比如電致變色、光降解催化、有毒氣體探測和低壓壓敏電阻器等。而且鎢在我國的儲量位居全球第一，是一種十分重要的戰(zhàn)略資源。因此，系統(tǒng)研究鎢基氧化物的各種性質(zhì)，探索其在各個領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值，深層次的開發(fā)利用我國特有的這種資源優(yōu)勢，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　第1章介紹了熱電材料的發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀，對WO3陶瓷的物理化學(xué)性質(zhì)和研究現(xiàn)狀也給予了綜述。闡述了本文的研究思路和研究背景，并對本文的研究內(nèi)容進(jìn)

3、行了概括。
　　第2章對本文所用到的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)儀器、表征方法進(jìn)行了介紹。詳細(xì)介紹了我們的陶瓷制備過程，以及制備過程中所使用到的各種型號儀器。對陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)表征方法以及各種測試陶瓷熱電性能相關(guān)的方法和儀器進(jìn)行了說明。最后列出了實(shí)驗(yàn)過程中所使用到的各種主要原料和試劑。
　　第3章對純WO3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能進(jìn)行了分析和研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)WO3的晶粒大小跟燒結(jié)溫度有關(guān)，較高的燒結(jié)溫度能促進(jìn)WO3晶粒的生長。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示

4、WO3陶瓷的最佳燒結(jié)溫度為1100℃，這個溫度下燒結(jié)出的WO3陶瓷具有相對最好的致密度，最高的Seebeck系數(shù)和功率因子。用理論分析了氧分壓對WO3陶瓷微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響，研究了WO3陶瓷在不同氣氛燒結(jié)下的氧空位濃度、微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明我們的理論分析是正確的。真空和氮?dú)鈿夥諢Y(jié)出的WO3陶瓷的熱電功率因子要比氧氣和空氣燒結(jié)出的樣品好。這主要是因?yàn)檎婵蘸偷獨(dú)鈼l件下，WO3陶瓷內(nèi)具有大量的氧空位，能夠?yàn)閃O3導(dǎo)帶提供大量的

5、電子，從而使得它們燒結(jié)出的樣品具有相對很高的電導(dǎo)率。測得了1100℃，空氣中燒結(jié)的WO3陶瓷的ZT值，結(jié)果顯示其ZT值隨著溫度的升高而不斷增大，在973K時的ZT值為0.000078。
　　第4章用手工研磨的方法對鐵系金屬氧化物摻雜后的WO3陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能進(jìn)行了分析和測試。Fe2O3、Co2O3和NiO摻雜WO3陶瓷后，微觀結(jié)構(gòu)上分別生成了第二相FeWO4、 CoWO4、 NiWO4。這些第二相的生成主要是因?yàn)檫@3種金屬

6、氧化物的濃度超過了其在WO3中的溶解度，進(jìn)而與WO3產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)。3種鐵系金屬氧化物摻雜后的WO3陶瓷的功率因子都得到了提高。與Fe2O3和Co2O3的摻雜相比，NiO摻雜WO3陶瓷的樣品效果最好。當(dāng)NiO摻雜濃度為1.0 mol％時，WO3陶瓷的電導(dǎo)率提高最為明顯，此樣品在1023K時的功率因子也是3種鐵系金屬氧化物摻雜中最大的。測得了1.0 mol％NiO摻雜WO3陶瓷的熱導(dǎo)率，并計(jì)算出了其ZT值。
　　第5章用機(jī)械球磨法對

7、WO3陶瓷進(jìn)行了La2O3、SnO2和CuO三種金屬氧化物的摻雜，測試和分析了它們的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能。首先用機(jī)械球磨的方法制備了1.0 mol％NiO摻雜WO3陶瓷樣品，與上一章中手工研磨法相比較，說明了兩種研磨方法對材料微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。其次用機(jī)械球磨法制備出了La2O3、 SnO2和CuO摻雜的WO3陶瓷樣品，這些樣品與手工研磨的相比，粉粒普遍更細(xì)、更均勻，晶粒尺寸更小。La2O3的摻雜提高了WO3陶瓷的電導(dǎo)率，但同時降低

8、了WO3陶瓷的Seebeck系數(shù)絕對值。不同濃度的La2O3摻雜使得WO3陶瓷的功率因子差異很大。當(dāng)La2O3摻雜濃度為0.5 mol％時，功率因子最大。SnO2的摻雜抑制了WO3陶瓷晶粒的生長，當(dāng)SnO2摻雜濃度大于5.0 mol％時，其會以雜質(zhì)相的形式存在于WO3陶瓷晶體之間。SnO2自身所具備的良好的熱電性能也極大的改善了SnO2摻雜后的WO3陶瓷的熱電性能。CuO的摻雜使得WO3陶瓷的晶粒變大。當(dāng)CuO摻雜濃度為1.0 mol％