铝钨双掺氧化锌陶瓷的制备及热电性能研究

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1、硕士学位论文铝钨双掺氧化锌陶瓷的制备及热电性能研究PREPARATIONANDTHERMOELECTRICPROPERTIESOFALUMINUM-TUNGSTENDOUBLE-DOPEDZINCOXIDECERAMICS李怀明哈尔滨工业大学20018年6月国内图书分类号：TQ174.758.22学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工程硕士学位论文铝钨双掺氧化锌陶瓷的制备及热电性能研究硕士研究生李怀明：导师宋英：申请学位工程硕士：学科化学工程：所在单位化工与化学学院：答辩日期2018：年6月授予学位单位哈尔滨工业大学：Cl

2、assifiedIndex:TQ174.758.22U.D.C:629.28DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDTHERMOELECTRICPROPERTIESOFALUMINUM-TUNGSTENDOUBLE-DOPEDZINCOXIDECERAMICSCandidate：LiHuai-mingSupervisor：Prof.SongYingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Chemical

3、EngineeringAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要氧化物热电材料由于其良好的高温稳定性，低毒性，无污染和丰富的储量，在高温热电应用方面富有潜力。本论文研究的ZnO基热电材料是已报道具有较高热电性能的n型氧化物热电材料之一。但本征ZnO电导率偏低，热导率较大。本论文通过Al和W双掺来

4、提高ZnO陶瓷的热电性能。利用溶胶-凝胶法合成AlxZn1-xO(x=0、0.01、0.02、0.04)粉体，分别在空气、氮气和10%H2/Ar混合气三种烧结氛围下，以1200℃、1300℃和1400℃的温度烧结制备AlxZn1-xO(x=0、0.01、0.02、0.04)陶瓷，研究烧结气氛和Al掺杂量对ZnO组成、微观形貌和热电性能的影响。结果发现，在10%H2/Ar混合气中直接烧结无法获得致密的AlxZn1-xO陶瓷，而1400℃的烧结温度条件下，分别在空气、氮气中烧结和先将粉体在10%H2/Ar中预烧后，再在氮气中烧结（标记为H2+N2烧

5、结气氛），均可制备致密度较高的AlxZn1-xO(x=0、0.01、0.02、0.04)陶瓷。且在三种烧结气氛下，Al的掺杂均能提高ZnO热电性能，在773K，Al掺入量为x=0.02的样品的热电性能均达到最大。对于同样组成的AlxZn1-xO(x>0)，在氮气和H2+N2中烧结的样品的电导率和功率因子均远高于空气中烧结的样品。其中，在H2+N2中烧结制备的样品热电性能最佳，在773K，组成为Al0.02Zn0.98O的样品的功率因子达到最大，为5.86×104W∙m-1∙K-2，比ZnO提高了2.3倍。在氮气中，分别以1200℃、1300℃和

6、1400℃三个温度固相烧结制备了Zn0.98-yAl0.02WyO(y=0、0.005、0.01、0.02)陶瓷。通过XRD，SEM和热电参数测试，研究了Al和W双掺对ZnO陶瓷组成，微观形貌和热电性能的影响。对于1200℃烧结制备的Zn0.98-yAl0.02WyO样品，W的掺入可以促进样品晶粒的长大，起到助烧作用，但相对于1300℃和1400℃烧结样品，1200℃烧结的样品热电性能偏低。对于1300℃和1400℃制备的Zn0.98-yAl0.02WyO，当W的掺入量为y=0.005时，电导率和功率因子显著提升，热导率下降，导致ZT值有明显的

7、提高，继续增加W的掺入量，气孔增多，致密度下降，热电性能下降。其中，在773K，1400℃烧结的Zn0.975Al0.02W0.005O样品获得最大的功率因子，为5.69×10-4W∙m-1∙K-2，比同等条件下制备的Al0.02Zn0.98O提高了50%，同时，其ZT值也达到最大，为0.047，比Al0.02Zn0.98O提高了66%。关键词：铝钨双掺；氧化锌；氧化物热电材料；热电性能-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThermoelectricOxidesarepromisingforhigh-temperaturethe

8、rmoelectricapplicationduetotheirexcellentstabilityathigh-temperature,lowtox