热电氧化物的制备和性能研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第5期稀有金属2004年10月Vo1．28№．5CHINESEJOURNALOFRAREMETALS0ct．2O04热电氧化物的制备和性能研究进展张艳峰，张久兴，路清梅，张忻，刘旭(1．北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室，北京100022；2．河北师范大学化学学院，河北石家庄050016)摘要：近年来，由于热电氧化物具有优良的性能，适合于在空气气氛和高温环境中工作，无毒性，无环境污染等问题，制作简单，可以直接在空气中烧结，不需真空等优点，而受到了广泛的关注。对热电氧化物的

2、各种制备方法进行了概述和评论，重点介绍了热电氧化物新的制备方法及其性能研究进展，并对未来发展前景进行了分析，通过掺杂碱金属、碱土金属和稀土等元素提高氧化物的电导率，细化晶粒降低热导率，从而制备高性能的热电氧化物陶瓷材料。关键词：热电氧化物；制备方法；热电性能；进展中图分类号：TB34文献标识码：A文章编号：0258—7076(2004)05—0907—05热电材料是一种将热能和电能直接转换的功相对于金属热电材料，氧化物的电导率较低。为了能材料。主要应用于利用工业余热、废热、地热、提高氧化物的导电性能，分别掺杂碱金属Li，Na，汽车尾

3、气、太阳能发电，无噪声、无污染的制冷或K；碱土金属Mg，Ca，Sr；稀土La，Ce，Sm，Nd，制热系统，边远地区使用的小型发电装置等。随着Gd，Pr，Ho，Dy，Yb等元素本文从热电氧化物陶人们对环保和能源问题的重视，热电材料成为研瓷的制备方法和性能出发，对最新研究情况进行究的热点。目前研究较多的热电材料有3种：金属了综述，评价了几种主要制备方法，并展望了未来固溶体、合金半导体以及氧化物陶瓷。其中氧化物的发展方向。热电材料的最大特点是可以在氧化气氛里高温下1热电氧化物的制备方法和性能长期工作，无毒性，无环境污染等问题，制作简单，可

4、以直接在空气中烧结，不需真空等，因而得1．1固相反应法到人们的青睐¨』。高温固相反应法是热电氧化物材料最常用的热电材料的热电性能用热电优值z来表征，制备方法。通常的制备方法是先采用球磨的方法Z=Sa／x，其中S为塞贝克系数，t7为电导率，将原料混合均匀，进行高温煅烧，将煅烧后的试样为热导率。材料要有高的z值，应有高的塞贝克破碎、成型，再煅烧处理。系数，高的电导率和低的热导率。习惯上，人们常近年来，NaCoO热电材料因性能较好成为研用优值与温度(材料的使用温度)之积z这一无究的热点_4]。Kurosaki等_5采用固相反应法，以量纲量

5、来描述材料的热电性能。近年来，由于热电Na2CO3，Co3O4，TiO2，Rh2O3和Pd为反应物，于理论的发展和实验研究的不断深入，热电氧化物973K煅烧3d，1173K煅烧19h，然后在压力陶瓷的研究有了较大的进展。目前研究较多的是8MPa下，温度973K热压成型2h，分别制备了过渡金属氧化物，其中包括过渡金属co[_l，NaCo2O4和NaCo1．9MolO4(M=Ti，Rh，Pd)样品。从Fe[23]Mn[24,25]Ti[26]Ni[7。Ru[B。Nb[U[30]，，，，，，，室温到723K，对样品进行了性能测试，M掺杂后

6、Y_3，zn【3等的氧化物。除了过渡金属氧化物样品的热导率降低，NaCo．RhoO的热导率最低，还有非过渡金属氧化物如InO，_3，PbO_3等。是NaCoO的2／3。在较宽的温度范围内，收稿日期：2003—12—02：修订日期：2004—02—10基金项目：国家自然科学基金资助项目(50271001)作者简介：张艳峰(1969一)，女，河北石家庄人，博士研究生，副教授；研究方向：热电氧化物的制备及性能*通讯联系人(E—mail：zhyf@emails．bjpu．edu．(31)维普资讯http://www.cqvip.com稀有金

7、属28卷NaCoPd0l1Od的忧值要高于NaCo20。酸的乙二醇溶液中+在温度400K时加热和搅拌该Li等_】。采用一定化学计量比的Na~CO，Bi2O溶液，在温度400～573K由溶胶生成凝胶，该凝和Co0，通过球磨混合后，在氧气气氛中1173K胶经723K加热生成前驱体，前驱体在1073K热煅烧12h，研磨、压片，l193K烧结24h，研磨、处理5h，生成NaCo：O粉体该粉体在压力25压片，1373K烧结24h．研磨、压片．1193K烧结MPa，温度973K处理1—2h．得到烧结体该烧l2h研磨、压片，1233K烧结l2h，

8、制备了结体在空气中，1073K退火20h，最终完成样品的Ca3⋯BiCocO々+(=0．0，0．3，05，0．75)样品。制备，称为Pc(polymerizedcomp]CXmethod)样品该样品的塞贝克系数为正值，表明为P型导体电