超声化学法制备纳米方钴矿化合物的研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要CoSb3化合物由于具有很高的电导率和较高的Seebeck系数而引起了人们的广泛关注，但其热导率很高，使得材料的ZT值和转换效率较低。目前，改善其性能的途径主要有结构低维化和掺杂。关于CoSb3化合物的制各方法有固相反应法、共沉淀法、溶胶凝胶法。不同的制备方法得到的CoSb3多晶材料其微结构和性能不同，各有其优缺点，但是均难获得颗粒尺寸小于50rim、尺寸均一、重复性好的CoSb3化合物纳米粉体。本论文首次探索采用超声化学法结合气氛炉热处理制备纳米CoSb3化合物的可能性，研究了合成工艺和掺杂等对CoSb3化合物粉

2、体的相组成和微结构的影响规律，并且初步探索了烧结温度和掺杂对CoSb3块体材料的相组成、微结构和热电性能的影响规律。主要研究内容和研究结果如下：以无水乙醇作为溶剂，以SbCl3和CoCl3．6H20为起始原料，NaBH4作还原剂，超声条件下进行液相反应得到沉淀，将沉淀经过多次洗涤、超声分散和干燥后，得到黑色非晶态Co和Sb。380℃下反应5min后自然冷却得到平均粒径为30．50nmCoSb3化合物。采用超声化学法在与CoSb3大致相同的制备工艺条件下，制备了Ni置换和Ba、La、Ce填充的NixC虬xSbl2、Bao．44C04Sbl2、‰

3、．23C04Sbl2、Ceo．1C04Sbl2化合物粉体。得到的颗粒大小均匀，尺寸约为50．100nm。超声化学法得到的二元纳米CoSb3粉体分别在450。C、470。C、550℃进行SPS烧结，均得到了单相的CoSb3。得到最合适烧结制度烧结温度为470℃、烧结压力为60MPa。‘由于Sb在烧结过程中容易挥发从而引起块体中Sb的缺失，大大影响了样品的性能。研究了Sb过量3％、5％、8％样品的相组成和热电性能。其中Sb过量5％的CoSb3块体材料的ZT值，随温度变化先增加后减小，在700K时达到最大值0．09。制备的Ni掺杂的纳米CoSb3粉

4、体，在470℃、60MPa条件下进行SPS烧结，得到了较致密且有金属光泽的块体，得到的块体晶粒约为100—150nm。Ni的掺入有利于提高样品的ZT值，Ni0．5C03．5Sbl2的样品在．800K时ZT值达到O．64。关键词：方钴矿，超声化学法，纳米粉体，热电性能I武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTCoSb3compoundshaveattractedattentionwidely,duetotheirlargeelectricalconductivitiesandhighSeebcckcoefficients．Howerver,be

5、causeoftheirlargethermalconductivityofCoSb3compounds，theconversionofthermo—electricityandZTvaluearerelativelylow．Recently,inordertoimproveZTvalue，themainresearchesarefocusondopingincludingfillingandsubstitutionandonnanocrystallization．Therearemanydifferentmethodstosynthesis

6、CoSb3compounds，suchassolidstatereaction，melt-spinning,cross-coprecipitation，sol·gelmethod．ThesemethodscanobtainCoSt,3compoundswithdifferentstructure．Inthispaper,wefirstlyexploredthesynthesisofnano-skuttteruditecompoundsbySonochemistrymethod，andtheeffectofsynthesisprocessand

7、dopingonthenano—skuttteruditecompoundspowderswerestudied．WealsopreliminarilyexploredtheeffectsofSPSsinteringtimeanddopingonthephasecompositions，microstmctureandthermoelectricalperformanceofnano—skuttteruditebulks．Theresearchingcontentsandresultsasfollow：AmorphousCoandSbnano

8、powderswerepreparedbyreductionreactionfromstartingreagentsSbCl3，CoCl2·6H20，inwhich