Na1.4Co2O4陶瓷与柔性热电材料的研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wanming2000
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热电材料是一种新型多功能材料,它是一种能够同时实现各种热能和电能相互作用的材料,在有效解决资源严重短缺和环境污染等方面发挥着极其重要的作用,因此成为国内外研究的重点。层状Na1.4Co2O4作为一种典型的氧化物热电材料,具有绿色环保、污染小、抗氧化等优点,一直以来都是国内外研究的热点。本论文采用自助熔剂法制备Na1.4Co2O4多晶粉体,通过箱式电阻炉二次烧结制备Na1.4Co2O4陶瓷块体,然后对Na1.4Co2O4陶瓷块体施加一定方向的压力,将其涂覆在A4打印张上,制备成一种基于Na1.4Co2O4块体材料的柔性Na1.4Co2O4热电材料。该制备方法与其他柔性热电材料制备方法相比较,具有产品制备简易、便于使用、柔性好、无毒环保、形式多样等众多优点,在各种电子元件和能源转换领域都具有潜在的应用前景,这些新型柔性热电材料的制备方法在未来也可扩展到其它柔性材料的合成。通过自助熔剂法制备掺杂Ag、Cu、Al、Ga的Na1.4Co2O4块体及其对应的柔性材料,探究不同掺杂元素及其掺杂量对Na1.4Co2O4热电材料物相、微观结构以及热电性能的直接影响。研究结果如下:(1)通过对块体Na1.4Co2O4施加一定方向的压力,将其涂覆在A4打印纸上制备成柔性Na1.4Co2O4热电材料,对柔性样品进行XRD、XPS、SEM、TEM以及EDS能谱分析。结果表明柔性Na1.4Co2O4样品XRD衍射图谱的主要衍射峰仍为Na1.4Co2O4,但出现了少量的Co3O4,经计算其含量约为5.3%;柔性Na1.4Co2O4样品保持了块体Na1.4Co2O4较高致密度的层状结构,Na、Co、O三种元素均匀的分布在样品上,且出现了Co3+、Co4+的特征峰,表明Co是以+3和+4的价态存在于柔性Na1.4Co2O4热电材料中。(2)在303~522 K温度范围内,对柔性Na1.4Co2O4热电材料进行了电性能的测试。结果表明其Seebeck系数和功率因子变化范围分别为78~102μVK-1和139~163μWm-1K-2,与Na1.4Co2O4块体相比,柔性材料的电性能有所下降,但仍要优于常见的一些导电聚合物及其化合物。(3)通过自助熔剂法制备了掺杂Ag、Cu、Al、Ga的Na1.4Co2O4块体。结果表明掺杂Ag、Cu、Al、Ga后样品XRD衍射图谱的主要衍射峰仍为Na1.4Co2O4,掺杂没有生成其他杂质相;对掺杂块体进行SEM形貌扫描及EDS能谱分析,可以发现掺杂元素均匀的分布在Na1.4Co2O4样品上,且掺杂后Na1.4Co2O4块体保持了具有较高致密度的层状结构。对掺杂后的块体Na1.4Co2O4进行Seebeck系数和电导率的测试,结果显示Ag、Cu、Al、Ga三种元素的掺杂均能够为晶体提供更多的空穴,提高载流子的浓度,从而大大提高了电导率,但掺杂后块体Na1.4Co2O4的Seebeck系数都有所下降。(4)将掺杂元素的Na1.4Co2O4块体制备成对应的柔性Na1.4Co2O4热电材料并对其微观结构和电性能进行研究。结果表明柔性样品的表面产生了大量裂纹,粗糙不平整,晶体随机排列,Seebeck系数和电导率都大幅度下降。
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