【摘 要】
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热电材料是一种可将热能直接转化为电能的功能材料,具有环保无污染的特性,对解决日益严峻的能源危机和污染问题具有巨大的发展潜力。Na1.4Co2O4是一种氧化物热电材料,具有制备过程简单、成本低、抗氧化等优点,但其热电性能目前还无法满足实际应用需求,对其热电性能的研究具有重要的科学意义。已有研究表明,适量掺杂可提高热电材料的功率因子并降低晶格热导率,低维化可以增加材料的界面,细化晶粒,进一步降低材料的
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51772254）； 广东省重点领域研发计划项目（2018B010109009）；
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热电材料是一种可将热能直接转化为电能的功能材料,具有环保无污染的特性,对解决日益严峻的能源危机和污染问题具有巨大的发展潜力。Na1.4Co2O4是一种氧化物热电材料,具有制备过程简单、成本低、抗氧化等优点,但其热电性能目前还无法满足实际应用需求,对其热电性能的研究具有重要的科学意义。已有研究表明,适量掺杂可提高热电材料的功率因子并降低晶格热导率,低维化可以增加材料的界面,细化晶粒,进一步降低材料的晶格热导率。将掺杂和低维化相结合是一种提升材料热电性能的有效途径。基于此,本论文采用溶胶-凝胶法结合冷压法制备出Na1.4Co2O4块体,采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了(Na1-xLix)1.4Co2O4（x=0,0.1,0.2,0.3,0.4）和Na1.4(Co1-yCuy)2O4（y=0,0.1,0.2,0.3）纳米纤维,系统研究了掺杂和低维化对Na1.4Co2O4热导率的影响。本论文的主要研究内容和结论如下:（1）制备了Na1.4Co2O4块体,并对其热导率进行了研究。采用溶胶-凝胶法制备Na1.4Co2O4粉末,结合冷压法制成块体,经过一系列实验表征,分析了粉末的制备工艺、物相组分,并对块体的表面形貌和微观热导率进行了表征。实验结果表明:前驱体粉末在800℃烧结2小时,所得物相是Na1.4Co2O4。将Na1.4Co2O4粉末压制成块体,并通过扫描热显微镜（STh M）对其热导率进行表征研究,获得块体的热导率为1.78 W·m-1K-1。（2）采用溶胶-凝胶法和静电纺丝技术,制备Na1.4Co2O4纳米纤维,并对其热导率进行了研究。通过对烧结后纳米纤维的结晶性、晶粒尺寸和形貌特征的分析,纳米纤维的结晶性是优于粉末的,并且晶粒尺寸小于粉末的,表明低维化改善了材料的结晶性,同时也降低了材料的晶粒尺寸。对其热导率进行表征,获得Na1.4Co2O4纤维的热导率降低至1.43 W·m-1K-1,相比块体降低了19.66%。（3）通过掺杂,制备了一系列(Na1-xLix)1.4Co2O4（x=0.1,0.2,0.3,0.4）和Na1.4(Co1-yCuy)2O4（y=0.1,0.2,0.3）纳米纤维,并对其热导率进行研究。通过对掺杂后纳米纤维的物相、微观形貌和热导率表征发现,掺杂Li的纤维晶粒减小并且更为致密,掺杂Cu的纤维出现了Cu晶须,随着Li含量的增加,(Na1-xLix)1.4Co2O4纤维热导率呈现先上升后下降再上升的趋势,这是由于掺Li过量产生了第二相Li Co O2和细化晶粒综合作用导致的,当掺Li量为x=0.3时,热导率降低至1.38 W·m-1K-1,随着Cu含量的增加,纤维热导率呈现先下降后上升的趋势,当掺Cu量y=0.1时,纤维热导率降低至1.42 W·m-1K-1。由此,我们通过掺杂和低维化相结合的方法,降低了Na1.4Co2O4热电材料的热导率,进而为提升其热电性能提供了一种新的途径。
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