热电材料Ca3Co4O9的制备及掺杂性能研究

论文摘要

随着可开发性能源的日益减少,煤、石油、天然气开采以及加工引起的环境污染（空气污染、酸雨、温室效应等）日趋严重,开发清洁环保的新能源迫在眉睫。热电转换装置由于具有结构紧凑、没有移动部件、工作无噪声、使用寿命长、安全不失效、易于自动检修、无污染等优点,从而激起了人们的研究热情。作为热电发电器的核心部分的热电材料自然成为研究的重点,本论文工作以Ca3Co4O9热电材料为研究对象,通过不同元素掺杂来改善它的热电性能,已经初步取得了良好的效果。本论文采用溶胶-凝胶法制备了Ca3Co4O9以及掺杂不同离子(Na+,Ag+,La3+)的热电材料,通过TG-DTA、IR、XRD、SEM以及热电性能测试等技术研究了样品的结构、微观形貌以及热电性能,并考察了掺杂不同的离子对Ca3Co4O9的结构和热电性能的影响。结果表明,利用溶胶-凝胶法制备的Ca3Co4O9热电材料与其它方法制备的样品相比,具有致密的内部结构以及良好的热电性能。按照不同配比掺杂各种不同金属离子(Na+,Ag+,La3+)后,优化了样品的载流子浓度,使样品的热电性能有了不同程度的改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 综述
• §1.1 热电材料概述
• §1.2 热电效应
• 1.2.1 热电效应
• 1.2.2 热电材料的特性参数
• 1.2.3 热电优值
• §1.3 热电材料的现状及其发展
• 1.3.1 低温区材料
• 1.3.2 中温区材料
• 1.3.3 高温区材料
• 1.3.4 氧化物热电材料
• 1.3.5 Ca-Co-O系热电陶瓷
• §1.4 提高氧化物热电材料热电性能的途径
• 1.4.1 选择和设计具有合适禁带宽度的半导体材料
• 1.4.2 优化载流子浓度
• 1.4.3 降低维数
• 1.4.4 降低材料的热导率
• 1.4.5 梯度化
• 1.4.6 研究超晶格材料
• 1.4.7 研究准晶材料
• §1.5 氧化物热电材料的应用
• 1.5.1 热电发电
• 1.5.2 热电传感器件
• §1.6 本课题的立题依据
• 第二章 理论基础
• §2.1 热电学的基本理论
• 2.1.1 热电参数的物理表达式
• 2.1.2 热电优值与材料微观参量间的关系
• 2.1.3 热电输运过程
• 2.1.4 电阻率与温度的关系
• §2.2 热电材料测试的基本理论
• 2.2.1 Seebeck系数的测量原理
• 2.2.2 电导率的测量原理
• §2.3 热电材料测试仪器原理
• 2.3.1 热电材料测试装置
• 2.3.2 误差分析
• 3Co₄O₉合成工艺、结构分析及热电性能研究'>第三章 Ca₃Co₄O₉合成工艺、结构分析及热电性能研究
• §3.1 试剂及仪器
• 3Co₄O₉热电材料的制备'>§3.2 Ca₃Co₄O₉热电材料的制备
• 3Co₄O₉热电材料的表征'>§3.3 Ca₃Co₄O₉热电材料的表征
• §3.4 结果与讨论
• 3.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 3.4.3 红外光谱分析
• 3.4.4 扫描电镜
• 3.4.5 热电性能
• §3.5 本章小结
• 3Co₄O₉的热电性能研究'>第四章 Na离子掺杂Ca₃Co₄O₉的热电性能研究
• §4.1 试剂及仪器
• §4.2 样品制备
• §4.3 热电性能表征
• §4.4 结果与讨论
• 4.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 4.4.2 扫描电镜
• 4.4.3 热电性能
• §4.5 本章小结
• 3Co₄O₉的热电性能研究'>第五章 Ag离子掺杂Ca₃Co₄O₉的热电性能研究
• §5.1 试剂及仪器
• 3Co₄O₉热电材料的制备'>§5.2 Ag离子掺杂Ca₃Co₄O₉热电材料的制备
• 3Co₄O₉热电材料的表征'>§5.3 Ag离子掺杂Ca₃Co₄O₉热电材料的表征
• §5.4 结果与讨论
• 5.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 5.4.2 扫描电镜
• 5.4.3 热电性能
• §5.5 本章小结
• 3Co₄O₉的热电性能研究'>第六章 La离子掺杂Ca₃Co₄O₉的热电性能研究
• §6.1 试剂及仪器
• 3Co₄O₉热电材料的制备'>§6.2 La离子掺杂Ca₃Co₄O₉热电材料的制备
• 3Co₄O₉热电材料的表征'>§6.3 La离子掺杂Ca₃Co₄O₉热电材料的表征
• §6.4 结果与讨论
• 6.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 6.4.2 扫描电镜
• 6.4.3 热电性能
• §6.5 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介