学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
Ca_3Co_4O_9单晶和复合材料的制备及热电性能研究
作 者: 吴祖辉
导 师: 隋郁
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 凝聚态物理
关键词: 热电材料 Ca3Co4O9体系 助溶剂法 单晶 掺杂 复合
分类号: O482.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 40次
引 用: 2次
阅 读: 论文下载
内容摘要
热电材料是一种能够实现热能和电能之间直接转换的功能材料,以之为核心的热电转换装置不污染环境,能够利用工业余热、废热和可再生能源(如太阳能等)进行温差发电,具有良好的综合社会经济效益。层状钴基氧化物材料由于具有优良的热电性能而成为有着广阔应用前景的一种热电材料,本论文选择了Ca3Co4O9体系,通过助熔剂法生长掺杂单晶并研究其输运性质,同时合成Ca3Co4O9/(CeO2)x/Ag0.3复合材料来提高材料热电性能,实验取得了较好的效果。本文采用固相反应法制备了Ca3Co4O9多晶材料、复合材料以及单晶前驱体材料,并在此基础上进一步用高温助熔剂法生长了一些元素掺杂Ca3Co4O9单晶。本论文重点探索了助熔剂法生长的工艺,实验发现合适的降温速率,助溶剂以及适当的混合比例是生长高质量的单晶的重要因素,实验中采用-1K/h的降温速率,助熔剂K2CO3与KCl的质量比例取6:1时,能生长出较好的单晶。我们重点讨论了Ca3Co4O9单晶低温输运性质,特别关注了单晶的各向异性性质,结果显示面内的电阻率远远小于面间电阻率,比较了多晶样品,其电阻率介于两者之间,主要是受到了晶界电阻的影响。然而单晶和多晶的热电势差别很小,说明晶界对体系热电势影响很小。在此基础上,我们又研究了Ce掺杂单晶样品,样品的面内电阻率都存在一个金属-绝缘体转变(MI转变)温度,MI转变温度随掺杂量的增加而增大,说明随Ce掺杂量的增加,顺磁态向SDW态(短程自旋密度波态)转变的温度逐渐上升。同时,从应用的角度,我们合成了Ca3Co4O9/(CeO2)x/Ag0.3复合材料并测量了材料的热电性能,结果证明复合工艺可以增大材料电阻率,减少热导率并增大热电势,最终明显提高材料的ZT值。由此可见,Ca3Co4O9是一个值得深入研究的热电体系,作为一种3d过渡族金属氧化物,其具有丰富的物理性质;从应用角度来说其性能还有巨大的提高空间,通过改善制备工艺,选择合适的掺杂元素和掺杂量,是完全有可能大幅度提高材料热电性能的。
|
全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 第1章 绪论 9-21 1.1 引言 9-10 1.2 热电效应的基本理论及其应用 10-14 1.2.1 热电效应的基本理论 10-13 1.2.2 热电效应的应用 13-14 1.3 热电材料的研究现状与进展 14-18 1.3.1 半导体金属合金型热电材料 14 1.3.2 方钴矿型(Skutterudite)热电材料 14-15 1.3.3 金属氧化物型热电材料 15-17 1.3.4 金属硅化物型热电材料 17 1.3.5 其他热电材料 17-18 1.4 提高热电材料性能的途径 18-19 1.4.1 选择和设计具有合适禁带宽度的半导体材料 18 1.4.2 选择合适载流子浓度 18-19 1.4.3 降低材料的热导率 19 1.5 本文的研究内容与意义 19-21 1.5.1 研究内容 19 1.5.2 研究意义 19-21 第2章 实验过程与方法 21-28 2.1 Ca_3Co_4O_9 的相图 21-22 2.2 固相反应法 22 2.3 助熔剂法 22-25 2.3.1 助熔剂法简介 22 2.3.2 助熔剂法的特点 22-23 2.3.3 助熔剂的选择 23-24 2.3.4 反应时间及温度的考察 24-25 2.3.5 前驱体颗粒度的影响 25 2.4 样品制备 25-27 2.4.1 原料 25 2.4.2 实验设备与器材 25-26 2.4.3 Ca3Co_4O_9 多晶的制备 26 2.4.4 Ca3Co_4O_9 单晶的制备 26-27 2.5 本章小结 27-28 第3章 单晶样品合成条件及低温输运性质的研究 28-44 3.1 助溶剂法合成单晶条件分析及测试方法 28-30 3.2 单晶样品的SEM分析 30-33 3.3 单晶样品的EDX分析 33-35 3.4 单晶样品的XRD结果分析 35-36 3.5 单晶样品的低温输运性质分析 36-42 3.5.1 Ca_3Co_4O_9 单晶样品和多晶样品低温电输运性质比较 36-39 3.5.2 Ce掺杂样品低温电输运性质 39-42 3.6 本章小结 42-44 第4章 Ca_3Co_4O_9复合材料的高温热电性能 44-54 4.1 复合材料的特点和Ce02 的基本物理性质 44-45 4.2 Ca_3Co_4O_9/(Ce02)x复合材料热电性能 45-49 4.2.1 Ca_3Co_4O_9/(CeO_2)_x复合材料的XRD谱图 45-46 4.2.2 Ca_3Co_4O_9/(CeO_2)_x复合材料的高温热电性能 46-48 4.2.3 Ca_3Co_4O_9/(CeO_2)_x复合材料的低温电阻输运性质 48-49 4.3 Ca_3Co_4O_9/(CeO_2)_x/Ag_(0.3) 复合材料热电性能 49-52 4.3.1 Ca_3Co_4O_9/(CeO_2)_x/Ag_(0.3) 复合材料的XRD谱图 49-50 4.3.2 Ca_3Co_4O_9/(CeO_2)_x/Ag_(0.3)(x = 0, 0.15, 0.3)复合材料的高温热电性能 50-52 4.4 Ca_3Co_4O_9 复合材料的高温ZT值 52-53 4.5 本章小结 53-54 结论 54-55 参考文献 55-60 致谢 60
|
相似论文
- 钛酸盐光催化剂的制备及光催化分解水性能,O643.36
- 稀土元素掺杂Ca3Co4O9与Ag复合材料的制备及热电性能,TQ174.1
- PBO/SWNT复合纤维的制备及结构与性能研究,TQ340.64
- 长纤维增强铝基复合材料的高速弹丸撞击特性研究,TB332
- TZ3Y20A-SrSO4陶瓷基复合材料的制备及摩擦学性能,TB332
- Gr/Al-Mg复合材料抗热震与抗烧蚀性能研究,TB332
- (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的反应热压烧结及其力学性能,TB332
- 一种基于复合节流的气浮直线运动基准设计方法,TG83
- 超低碳贝氏体钢CO2激光-GMA复合焊接特性研究,TG456.7
- 复合超声振动拉丝的理论与实验研究,TG663
- 超声波钎焊填缝及钎缝优化工艺研究,TG454
- 硬质合金与钢连接工艺及机理研究,TG454
- 基于直接侧向力/气动力复合控制的姿态控制律设计,V249.1
- 会展建筑空间复合化设计研究,TU242
- 电动车用复合结构永磁同步电机系统的仿真研究,TM341
- 电网电压不平衡时复合型PWM整流器控制策略的研究,TM461
- 锂离子电池用多元Sn合金基碳复合材料的研究,TM912.9
- 电动车用轴径向—轴向磁通复合结构永磁同步电机的研究,TM341
- 移动质心与直接力复合控制动能弹控制方法研究,TJ765
- 七坐标数控纤维铺放设备的控制系统及铺放头的研制,TG659
- 鹅肉超高压保鲜的研究,TS251.1
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
© 2012 www.xueweilunwen.com
|