钴酸钙热电材料粉体的溶胶凝胶法制备与表征

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1、钴酸钙热电材料粉体的溶胶一凝胶法制备与表征摘要热电材料是一种将热能和电能直接转换的功能材料。由热电材料制成的热电器件具有很多独特的优点，在少数科技尖端领域已获得成功的应用。本文首先对热电现象、热电效应的应用、国内外热电材料的研究进展等作了较详尽的综述，还对新颖的溶胶．凝胶法制备材料技术作出详细的介绍。同时发现Ca．Co．O系氧化物热电材料具有使用温度高、抗氧化、无污染、制备简单、使用寿命长等优点，成为具有研究潜力和应用价值的新型热电候选材料。随着我国国民经济的迅速发展，能源环境问题日益突出，Ca-C

2、o．O系氧化物热电材料由于其在低品位能源利用以及环境保护方面的特殊功能，必将成为我国新材料和绿色能源研究领域的热点。本文以Ca2C0205为主要研究对象，以分析纯Co州03)2"6H20、Ca(N03)2"4H20以及三种不同胶凝剂(分别是柠檬酸、聚乙烯醇和蛋清蛋白)为原料，采用溶胶．凝胶法(S01．Gel)制备出CaEC0205粉体。通过示差扫描量热(DSC)分析、X一射线衍射分析、环境扫描电子电镜、傅立叶红外光谱分析和XPS电子价态分析等测试手段对干凝胶体的热分解过程、键合情况的鉴定，以及对所制

3、粉体的物相组成、显微结构、元素价态等进行观察和分析。当使用柠檬酸作为络合剂时，柠檬酸的加入量约为金属离子总的摩尔量的1．3~2倍为合适。干凝胶在常压700℃至900℃之间各指定温度下煅烧2小时后的产物为单相的Ca2C0205粉体，呈层片状结构。在一定温度范围内，同一烧结时间下适当提高烧结温度有利于组织生长，晶体发育更完整。利用聚乙烯醇为凝胶剂时，聚乙烯醇的相对添加量很少。通过傅立叶红外光谱分析，与柠檬酸干凝胶对比，聚乙烯醇干凝胶中没有出现金属络合物C．O．M(M为金属离子)键所对应的吸收峰，聚乙烯醇

4、对Co离子和Ca离子没有表现出明显的络合作用。干凝胶在750℃和850℃下煅烧2小时的主要产物是Ca2C0205，在950℃煅烧2小时的条件下，Ca2C0205高温分解为Ca3C0206和C0304，Ca3C0206材料是一种蠕虫形的片状结构材料。实验过程中，硝酸盐加入蛋清溶胶容易产生盐析现象，通过采用了快速凝固的方法可以缓和由于体系的盐析作用而造成的成分不均现象。蛋清蛋白干凝胶块在120℃下能发生白蔓延燃烧反应，蛋清蛋白干凝胶在合成方面能起模板作用。蛋白凝胶块经900。C煅烧两小时后，所得产物依然

5、主要是Ca2C0205。蛋白中含有一定量的硫物质，在加热煅烧的情况下，S元素的存在，使Ca离子与硫的氧化物优先配位化合，不利于钴酸钙的生成。本文的研究通过不同的胶凝剂为载体，利用溶胶一凝胶法制备出钴酸钙粉体，并对其反应的机理进行探索分析，为开发Ca．Co．0热电材料进行了新探索，在进一步提高钴酸钙材料的热电性能方面具有一定的实用价值。关键词：溶胶．凝胶法，Ca-Co。0热电材料，柠檬酸，聚乙烯醇，蛋清蛋白USYNTHESISANDCHARACTERIZATIoNoFCA—Co—oTHERMoELEC

6、TRICM队TERIALPOWDERSBYSoL．GELTⅥETHoDSABSTRACTThermoelectricmaterialiSakindoffunctionalmaterialconvertingheatenergydirectlytoelectricenergy．Devicesmadeofthermoelectricmaterialhavemanyspecialadvantages，andhavebeensuccessfullyusedinafewacmesofscienceandtec

7、hnology．Inthispaper,thethermoelectricphenomena，theuseandtherecentdevelopmentprogressofthermoelectricmaterialsarereviewed．Also，theSol-Gelmethodsintheproducingofmordernmaterialswerereviewedindetailed．Recently,Ca—Co—Osystemoxidethermoelectricmaterialswere

8、foundtohavehighworkingtemperature，oxidation-resistant，nopollution，simplepreparation，longlifeandhavebecomenewcandidatematerialswithapotentialtostudyandapplyingvalues．Alongwithourcountrynationaleconomyrapiddevelopment，theenergyenvironment