Ca3Co2O6热电材料的合成，结构和性能研究

作     者：陈升礼 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：南策文

授予年度：2002年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：Ca3Co2O6 热电性能 电导率 Seebeck系数 溶胶-凝胶 SPS 

摘      要：本文首先对热电现象、热电材料的发展历史、热电材料的研究进展作了比较详细的综述。 选择了氧化物CaCoO作为我们的研究对象。它是一个层状化合物，由导电层和隔热层交替重叠而成。这个材料中的载流子与晶格间相互作用非常强，载流子引起晶格极化形成极化子，其传导过程为热激发作用下的极化子跃迁过程，跃迁可发生于晶格内等能位置间和不等能位置间。从Slack的理论看来，它是一个“电子晶体、声子玻璃的理想化模型。它的载流子的迁移率比较低，并且随着温度的升高而升高，平均自由程小于晶格原子间距。所以它的导电率比较低，并且导热率也非常低。 本文对CaCoO基的热电材料进行了研究，采用了溶胶——凝胶(Sol-Gel)方法制备了CaCoO纳米粉末，然后用放电等离子体(SPS)烧结技术制备了CaCoO等块体材料。对不同的Ni，Na含量的热电材料在中温范围下的热电性能(α、σ)进行了测试，对此体系的热电材料性能与掺杂量、温度的关系进行了研究。 CaCoO是一个P型半导体材料，它的热电性能和Co的其它的氧化物热电材料性能不相上下。在700K时，它的ZT无量纲因子可以达到0.15。掺入一定量的Ni后，转变为N型半导体材料，它的Seebeck系数非常小，表明Ni在这个化合物中的表观化学价的+4价。掺Na后，CaCoO的载流子浓度提高了，导电率有了明显的改善，电阻率在600K时达到了10数量级。不同含量的Na对CaCoO的热电性能影响不同，在本实验中，当Na:Ca=2:1时，掺杂效果最好，在700K时，它的无量纲因子ZT估计可以达到0.3。 本文得到的有关CaCoO体系的结论，是氧化物体系中的一个方面，它表明CaCoO是一个值得研究的体系。只要基体与掺杂元素匹配，改善基体的热电性能仍然是有可能的。