掺杂的氧化物NaxCo2O4热电材料的研究

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1、建材世界2012年第33卷第6期doi：10．3963／j．issn1674—6066．2012．06．001掺杂的氧化物NaxC0204热电材料的研究李利娟(闽西职业技术学院，龙岩364000)摘要：自燃法结合气流粉碎工艺可以制备出平均粒径在2舯的№1．7c02一，0‘(y=o～o．5)超细粉末。产物的Ⅺ王D分析表明自燃法可以合成物相单一的Nal．7(如～，C札0．粉末材料。sEM观察表明自燃法制备的粉末体具有层状的结构。在Nal．7C0204热电材料的Co位中掺杂Cu提高了材料的Seebeck系数和材料的功率因子。该实验中，通过自燃法和热压

2、烧结相结合的方法使得Na·．，C0z，虬Q热电材料的密度得到提高。关键词：热电材料；自燃法；seebeck系数；功率因子Re辩arch佃The瑚melectricOxideNa薯C0204D．)pe!dwithCuLIL巧懈7z(Mi商vocati锄Ial&TecIlIlicalC0llege，Lorlgyan364000，Chilla)Abstr觚t：hthisdissena硒n，themoelect血。菇deNaL7C020‘doped谢出cu(0～O．5m01)powderwassynthes蹦byauto—igIlition1kNal．

3、7G02一，C屿O‘(y=O～O．5m01)ultrafimpowder谢也m咖particlesizeofabout2．094肛mwassucceSsfulIysymhesizedbyauto—ignitiorlcombiIlirlg、^ri出theairflowshatterproc皓s．x-raydiffmctionsh们redthatNal．7C02一，C№qllasf0咖edbyau协igIli怕n证dloutdis血guishedimp商劬Theflaky锄蛐tectureofNal．7C02一，C岵04、张sobseⅣedbyth

4、eSEMTheCo-siteofNal．7C02oIdoped、^，it}ICuimprovedtllep∞憎f扯torand龀Seebeckcoeffici饥tandelectricalconductivityofNal．7C02一，钆o‘d娜noelec埘cmte削&hldlisresearch，thedellSityofNal．7(h一，C吗O‘TEnlatdalwas朗hncedthroughmeaut0．自旨mtioncombined丽mhot-pre鹊sinteringmet『的dl【eyw0柑s：出e皿∞dectricnlate血

5、ls；aut0-igmtion；s∞b酞∞efficient；p(，werf础or热电材料是一类能够实现热能和电能相互直接转换的特殊功能材料，它具有发电基础的S∞beck效应和制冷基础的Peltier效应。其原理是依据固体在不同温度下具有不同电子或空穴激发特征，当热电材料两端存在温差时，导致材料两端因电子或空穴激发数量的差异而形成电势差。热电材料具有长期耐用、抗高温、抗氧化、性能稳定等优势，主要应用于温差发电、半导体制冷、微电子器件和温度控制器等。目前制约热电材料大规模应用的关键因素是其性能。材料的热电性能用热电优值Z来描述，Z=S2／旃，从式

6、中不难看出，材料要具有高的Z值，应具有高的Seebeck系数，但在常规的材料中是很难实现的。日本科学家TeraSaki首先发现层状过渡金属氧化物NaCoz0。具有反常的热电性能。但与Bi。Te3基等热电材料相比，NaCbot的Z·T值仍然偏低。研究者尝试在其中掺杂元素，发现在一定程度上提高了材料的Seebeck系数，由此表明掺杂元素是改善和提高其性能的有效方法。进一步研究表明Cu的掺入较其他元素的掺入，使N戤C020。的热电性能发生更显著的变化，而且随着Cu掺入量的增加，seebeck系数随之增大，当Cu的掺入量为15％时Seebeck系数达到

7、了最大值。通过自燃法制备出热电氧化物N钆Co：O．，并结合热压烧结法将Cu掺入C0位，通过Ⅺm分析和sEM观察了N戤Co。0。的性能并测试了掺Cu后的Na。．，CD2一，Cu，0。热电材料的Seebeck系数和材料的功率因子，实现了对热电材料性能的优化。收稿日期：2012_06—18．作者简介：李利娟(1984-)，硕士．E-IIlail：joily@yah00．c111建材世界2012年第33卷第6期l实验过程1．1实验原料、试剂柠檬酸(螯合剂)，NaN03，Co(N03)2·6H20和Cu(N03)2。1．2实验仪器电阻炉，DZF-6020

8、型真空干燥箱，JA3003N型分析天平，D／mX-佃型x_鼢y衍射仪，H艇MSirion200(F日10k聊型扫描电镜，AO型台式微型气流粉碎机，马尔