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本文采用溶胶-凝胶与热压烧结相结合,并在合成和预压的过程中引入两步外磁场的方法制备出稀土Sm、La和金属Mn掺杂的Ca3Co4O9+δ基材料。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱测试(EDS)对材料的微观形貌和物相进行了分析和表征。测量材料在323K~1073 K温度范围内的Seebeck系数S、电阻率ρ随温度的变化情况,通过功率因子PF的计算来研究掺杂元素含量和外加磁场对材料微观结构和电输运性能的影响规律。 通过XRD图谱中的物相分析,衍射峰位的偏移以及计算出的晶格参数,表明掺杂元素稀土Sm、La和金属Mn完全掺杂进入Ca3Co4O9+δ基材料晶格中,外加磁场引起了Co离子由低自旋态向高自旋态转变。利用Lotgering方法对(00l)的择优取向F值的计算表明,F值随掺杂元素含量的增加而有所降低,说明掺杂元素作为散射中心增强了散射,破坏了电子的传输轨道,不利于材料晶粒的择优取向。外加磁场样品的F值略为增加,说明外加磁场能够诱导晶粒排布,促进样品内部结构择优取向,此点与XRD图谱分析相吻合。面对比不同含量样品的SEM图像,发现掺杂后样品的织构性有所降低。相比于不加外磁场的样品,外加磁场样品层状结构更加明显,取向也更加一致,说明了外加磁场能够促使样品的微观内部结构产生择优取向。 对稀土Sm、La和金属Mn掺杂与外加磁场作用在Ca3Co4O9+δ基材料的电性能研究表明:所有样品的PF值都随温度升高而增加,掺杂后样品的PF值随掺杂含量的增加而增加,加磁样品的PF值比不加磁样品的PF值高。稀土Sm掺杂的的样品当中,外加磁场的Ca285Sm015Co4O9+δ在温度为1073 K时功率因子PF达到最大值0.20 mWm-1K-2,它要比相应不加磁样品的功率因子PF值高出22.11%。Ca285La015Co4O9+δ加磁样品在温度为1073 K时功率因子PF达到最大值0.21 mWm-1K-2,比Ca285La015Co4O9+δ不加磁样品高出大约43%。金属Mn掺杂的样品来说,Ca3Co35Mn05O9+δ加磁样品在1073 K时的功率因子能达到最大值0.29 mWm-1K-2,比Ca3Co35Mn05O9+δ不加磁样品的功率因子高出大约123%,且当掺杂量x=0.25时,功率因子达到最大值。说明外加磁场使材料沿c轴择优取向,进而提高了材料的电输运性能。