钴酸镧与银复合陶瓷的制备与热电性能

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LaCoO3基氧化物是目前最具研究价值和应用前景的中低温热电材料之一。其在室温附近具有较高的Seebeck系数,但电导率偏低,还远不能满足实际应用的需要。因此,人们通过掺杂等改性手段来提高其热电性能。本论文通过对LaCoO3进行Sr掺杂及Ag复合等改性手段来提高其热电性能。利用高分子网络凝胶法合成了LaCoO3以及Sr掺杂的LaCoO3先驱粉体,并对这两个体系粉体进行了Ag复合,利用常压烧结技术制备了相对致密度较高的复合陶瓷材料。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对其相组成及显微结构进行表征,并研究了材料的电导率、Seebeck系数、热导率随温度及Ag复合量的变化规律。对LaCoO3/Ag及La0.98Sr0.02CoO3/Ag体系陶瓷进行物相分析和断口形貌观察发现,试样中晶粒发育良好,但在晶粒交界处气孔较多,单质Ag主要以第二相的形式存在。La0.98Sr0.02CoO3试样的粒径较小,气孔明显减少,致密度提高。LaCoO3/Ag体系的热电性能研究表明,Ag复合提高了LaCoO3的Seebeck系数,电导率和热导率。其中,LaCoO3/0.10Ag试样的Seebeck系数最大,室温下为657μV·K-1,比LaCoO3试样提高了12.0%;LaCoO3/0.20Ag试样的功率因子室温下最大,为1.36×10-4W·m-1·K-2,比LaCoO3试样提高了9倍;373K时,LaCoO3/0.20Ag试样的热电优值(ZT)达到最大,为0.0369,比LaCoO3试样增加了34.7%。Sr掺杂使LaCoO3基材料的电导率和热导率增大,Seebeck系数降低,试样在500K以下的功率因子和ZT值显著增大。323K时,La0.98Sr0.02CoO3试样的功率因子为2.38×10-4W·m-1·K-2,比未掺杂的LaCoO3试样的功率因子提高了近16倍。373K时,La0.98Sr0.02CoO3试样的ZT值达到最大,比LaCoO3试样提高了近10倍。另外,Ag复合提高了La0.98Sr0.02CoO3材料的电导率和室温Seebeck系数,但同时也使材料的热导率提高。La0.98Sr0.02CoO3/0.20Ag试样的功率因子最高,在室温下为2.75×10-4W·m-1·K-2,比La0.98Sr0.02CoO3试样提高了15.6%。但是,Ag复合对La0.98Sr0.02CoO3/Ag系列材料的ZT值没有显著的改善。
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