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钙钛矿型稀土钴酸盐的热电性质研究

作　者: 王伟
导　师: 隋郁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 热电效应 热电性能 输运
分类号: O482.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
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内容摘要


进入21世纪以来,随着全球环境污染和能源危机的日益严重,以及对人类可持续发展的广泛关注,开发新型环保的替代能源已经越来越受到世界各国的重视。热电材料是一种将热能和电能相互转换的功能材料。其中,氧化物热电材料作为一种新型的能源转化材料受到越来越广泛的重视,其最大优点是可以在氧化气氛的高温下长期工作,大多数无毒性、无污染而且制备简单。因此,研究氧化物热电材料具有十分重要的意义。本文以探索提高热电材料的热电性能为目的,对LaCoO3热电材料掺杂Ca,Sr元素,深入分析了掺杂元素和掺杂量对LaCoO3材料的输运以及热电性能的影响。本论文使用传统的固相反应法制备了掺杂的系列样品La1-xCaxCoO3 （x=0.05,0.1,0.2,0.3）和La1-xSrxCoO3 （x=0,0.1,0.2,0.25,0.3）。通过XRD分析显示,合成的样品均为单相。对样品磁学性能的分析发现,掺杂后的LaCoO3样品具有自旋玻璃性质。通过对样品高温电阻率的研究发现,相对于未掺杂的LaCoO3,掺杂后能够显著降低样品的电阻率。电阻率的下降主要是因为掺杂改变了样品中钴离子的平均价态,使部分的Co3+离子变为Co4+离子,进而引入了大量的空穴载流子,致使电阻率下降。对于样品的高温导电机制进行了分析,分析发现在部分温区符合绝热小极化子跳跃导电模型。系统研究了La1-xCaxCoO3 （x=0.05,0.1,0.2,0.3）和La1-xSrxCoO3 （x=0,0.1,0.2,0.25）系列样品的低温热电性能。研究发现LaCoO3经过掺杂以后,能够明显降低样品的电阻率,而且同时能够保证样品的热电势绝对值保持在较大的数值。此外,在LaCoO3的La位掺杂后,由于晶格畸变影响,增加了声子散射,使得热导率降低,。之后随着掺杂量的增加,由于电阻率显著降低,使得热导率略微增加。基于以上的分析表明通过在La位进行掺杂能够有效的提高LaCoO3材料的热电性能。计算了系列样品的热电优值,其中ZT值最高的为其中La0.8Sr0.2CoO3,在157K左右达到最大值0.11。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景  9
  1.2 热电器件的基本原理  9-10
  1.3 热电效应的基本理论  10-14
    1.3.1 热电效应  10-13
    1.3.2 表征热电材料性能的参数  13
    1.3.3 相关的散射机制  13-14
  1.4 钴基氧化物热电材料研究进展  14-17
    1.4.1 NaxCo_2O_4 热电材料  15
    1.4.2 Ca-Co-O 系热电材料  15-16
    1.4.3 稀土系钴基氧化物RCoO_3 热电材料  16-17
  1.5 本文研究的内容与意义  17-19
    1.5.1 研究内容  17
    1.5.2 研究意义  17-19
第2章 样品制备与实验方法  19-24
  2.1 固相反应法原理  19
  2.2 样品制备  19-21
    2.2.1 实验原料  20
    2.2.2 实验设备  20
    2.2.3 La_(1-x)R_xCoO_3 样品的制备  20-21
  2.3 热输运性能测量方法  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 La_(1-x)R_xCoO_3(R=Ca,Sr)样品的结构与磁性研究  24-35
  3.1 LaCoO_3 晶体结构  24
  3.2 多晶样品La_(1-x)R_xCoO_3 结构测试与分析  24-26
  3.3 La_(0.7)R_(0.3)CoO_3 样品的磁学性质  26-33
  3.4 本章小结  33-35
第4章 掺杂元素对样品高温电输运性质的影响  35-45
  4.1 几种常见的输运模型  35-36
    4.1.1 热激活导电模型  35
    4.1.2 绝热小极化子模型  35
    4.1.3 Mott变程跳跃导电模型  35-36
  4.2 样品La_(1-x)R_xCoO_3 系列高温电阻率测试与分析  36-44
    4.2.1 电阻率的测试方法  36-38
    4.2.2 La_(1-x)Ca_xCoO_3(x=0,0.1,0.2,0.3)样品的电阻率  38-42
    4.2.3 La1-xSrxCoO_3(x=0.1,0.2)样品的电阻率  42-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章 La_(1-x)R_xCoO_3 低温热电性质的研究  45-58
  5.1 La_(1-x)R_xCoO_3 样品的低温电阻性质  45-49
  5.2 La_(1-x)R_xCoO_3 样品的低温热导性质  49-53
    5.2.1 La_(1-x)Ca_xCoO_3(x=0.05,0.1,0.2,0.3)样品热导率  50-51
    5.2.2 La1-xSrxCoO_3(x=0,0.1,0.2,0.25)样品热导率  51-53
  5.3 La_(1-x)R_xCoO_3 样品的低温热电势性质  53-56
    5.3.1 La_(1-x)R_xCoO_3 样品的低温热电势  53-56
  5.4 La_(1-x)R_xCoO_3 样品的热电优值的讨论  56-57
  5.5 本章小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-65
致谢  65

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 电学性质
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