摻雜鈣鈦礦錳氧化合物的熱電性能研究.pdf

1、熱電材料由于其在發(fā)電(塞貝克效應(yīng))和制冷(帕爾貼效應(yīng))方面的應(yīng)用,引起研究人員的廣泛興趣。鈣鈦礦錳氧化合物是非鈷基氧化物,代表了熱電材料的一個重要研究方向。
　　 在本論文中,首先采用溶膠-凝膠法制備了不同摻雜濃度的單鈣鈦礦錳氧化物L(fēng)a0.6Sr0.4-xKxMnO3,La0.67Sr0.33-xAgxMnO3和雙鈣鈦礦La1Sr2-xAgxMnO7的多晶粉末,然后在12 MPa壓強下把多晶粉末壓成片,再高溫煅燒得到要測試的塊體

2、樣品。通過X射線衍射(XRD)分析對所得樣品的物相結(jié)構(gòu)進行了詳細分析,并通過10～400 K的物理性能測量,系統(tǒng)研究了不同離子摻雜對樣品的電阻率、熱導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)及優(yōu)值系數(shù)ZT等的影響,通過對測試數(shù)據(jù)的仔細分析,探討了樣品在不同溫度區(qū)間的導(dǎo)電機理,并利用兩相模型解釋了不同摻雜對樣品Seebeck系數(shù)的影響。
　　 本論文的主要研究成果如下:
　　 1.采用溶膠-凝膠法制備了單鈣鈦礦錳氧化物L(fēng)a0.6Sr0.4-

3、xKxMnO3,La0.67Sr0.33-xAgxMnO3和雙鈣鈦礦La1Sr2-xAgxMnO7的多晶粉末,XRD分析樣品多為復(fù)合相組成。物性分析表明,樣品的導(dǎo)電機理和溫度對樣品Seebeck系數(shù)的影響均符合兩相模型。
　　 2.研究了不同離子摻雜樣品在10～400 K的熱電性能,發(fā)現(xiàn)通過合適的摻雜,樣品的優(yōu)值系數(shù)ZT均得到了提高。其中,樣品La0.6Sr0.2K0.2MnO3在160 K時ZT最大值可達到2.36×10-5,

4、樣品La0.67Sr0.13Ag0.2MnO3在151 K時最大值為1.41×10-4,比未摻雜樣品提高三個多數(shù)量級,樣品LaSr1.9Ag0.1Mn2O7樣品在391 K時的優(yōu)值系數(shù)達到了1.56×10-5,比未摻雜樣品的優(yōu)值系數(shù)調(diào)高了一個數(shù)量級。
　　 3.測量發(fā)現(xiàn),樣品的Seebeck系數(shù)由高溫到低溫,經(jīng)過由負到正的過程,而且轉(zhuǎn)變溫度都在300 K附近。在高溫區(qū),Seebeck系數(shù)受小極化子的影響；在低溫區(qū),seebeck

5、系數(shù)是電子.聲子的貢獻。
　　 4.單質(zhì)Ag比純鈣鈦礦樣品的電導(dǎo)率大的多,通過高濃度金屬Ag的摻入,部分金屬顆粒會彌散分布在鈣鈦礦基體中,其特殊界面效應(yīng)和逾滲效應(yīng)能夠提高樣品的電導(dǎo)率。另外,少量Ag作為重離子進入鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中會降低樣品的熱導(dǎo)率。結(jié)果表明,復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨Ag量的增加先增加后減小,與未摻雜樣品相比顯著提高,當(dāng)Ag含量為0.05時,電導(dǎo)率最大,為21505.37 S·m-1,比未摻雜Ag的La0.67Sr0.33M

6、nO3提高了約16倍。當(dāng)Ag量較少時,少量Ag離子將進入晶格結(jié)構(gòu)中,Ag摻雜提高了載流子濃度,相應(yīng)的載流子熱導(dǎo)率上升,Ag量進一步增加,有一部分Ag離子進入晶格結(jié)構(gòu)中,Ag具有比Sr高的質(zhì)量數(shù),結(jié)構(gòu)中Ag對Sr位的替換會降低晶格震動導(dǎo)致的晶格熱導(dǎo)率。
　　 本文的研究對氧化物熱電材料的發(fā)展具有一定實用價值和指導(dǎo)意義。今后研究中,可將具有最優(yōu)性能的摻雜鈣鈦礦錳氧化合物通過脈沖激光沉積制備成外延薄膜,探索具有較高熱電性能的氧化物薄膜