外磁場作用下Fe、Ni和Ce摻雜的Ca3Co4O9+δ基材料的制備及電輸運(yùn)性能.pdf

1、熱電材料是一種直接將電能與熱能相互轉(zhuǎn)換的功能材料。這種材料不但可以提高熱能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換效率，而且可以回收再利用廢熱，即直接將廢熱轉(zhuǎn)化成為電能，進(jìn)而提高了能源的利用率。層狀鈷基氧化物熱電材料因具有綠色環(huán)保、成本低、易于制備、熱穩(wěn)定性好和較高的熱電性能等優(yōu)點(diǎn)受到廣大研究者們的關(guān)注，但目前與實(shí)際應(yīng)用材料相比仍存在很大的性能差距，所以人們正不斷的努力尋求提高其熱電性能的新方法。
　　本文采用溶膠凝膠法制備了Fe、Ni和Ce摻雜的C

2、a3Co4O9+δ基材料，并在粉體合成及預(yù)壓料過程中引入外磁場。利用X射線衍射(XRD)分析、掃描電鏡(SEM)和能譜(EDS)分析對材料的物相和形貌進(jìn)行了表征，并在300~1073 K的溫度范圍，測試了塞貝克系數(shù)S、電阻率ρ、功率因子PF等性能隨溫度的變化情況。深入研究了摻雜含量及外加磁場對組織結(jié)構(gòu)及電性能的影響規(guī)律。
　　XRD圖譜中衍射峰位的規(guī)律性偏移以及對晶格參數(shù)的計(jì)算結(jié)果分析表明，F(xiàn)e、Ni和Ce分別摻雜進(jìn)入Ca3Co4

3、O9+δ基材料晶格中。利用Lotgering方法對(00l)面的擇優(yōu)取向F值的計(jì)算表明，F(xiàn)值隨摻雜含量的增加略有減小，說明摻雜元素增大了晶格散射，不利于材料晶粒的擇優(yōu)取向。外加磁場樣品的F值更大，說明外加磁場能夠誘導(dǎo)晶粒排列。與無磁場樣品相比，外加磁場樣品展現(xiàn)出更加明顯的薄層狀微觀結(jié)構(gòu)，這也說明了外加磁場能夠促使樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擇優(yōu)取向，這一點(diǎn)與XRD圖譜分析相吻合。
　　對金屬Fe、Ni摻雜Ca3Co4O9+δ基材料的電性能研究

4、表明，所有樣品的PF值隨溫度升高而增加。由于電阻率隨著摻雜濃度升高而增大，所以即使其溫差電動勢率摻雜后有所增加，材料的PF值在摻Fe、Ni后還是降低了。所有金屬Fe、Ni摻雜外加磁場樣品的 PF值都比無磁場樣品的更大。其中，外加磁場Ca3Co3.75Fe0.25O9+δ樣品在1073K具有最大值為0.51 mW/mK2，約高于無磁場樣品的76％。
　　對稀土Ce摻雜樣品的電性能研究表明，Ce摻雜后PF明顯增加，特別是在高溫區(qū)。所有