W复合La0.1Sr0.9TiO3陶瓷的制备及热电性能研究

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SrTiO3热电陶瓷由于制备成本低且耐高温、耐氧化、无毒无污染等优点,使其有望在中高温领域广泛应用。但SrTiO3基陶瓷材料在实际应用中也同样存在着热导率较大、电导率随温度的升高逐渐下降等缺点。因此,本论文通过在优化制备烧结工艺的基础上,将W与La0.1Sr0.9TiO3陶瓷复合来进一步提高材料的热电性能。本论文利用改进的固相法制备了La掺杂的La0.1Sr0.9TiO3粉体,分析原料以及烧结温度对La0.1Sr0.9TiO3陶瓷的组成结构及热电性能的影响。之后,分别采用液相复合法和固相复合法将优化后的La0.1Sr0.9TiO3与W复合,研究W复合对La0.1Sr0.9TiO3陶瓷的结构组成、微观形貌以及热电性能的影响。首先,利用不同Sr源(SrCO3和Sr(NO32)制备出了La掺杂的SrTiO3陶瓷,并对它们的组成、微观形貌以及热电性能进行对比;同时研究了不同烧结温度(1400℃、1450℃、1500℃、1550℃)对La0.1Sr0.9TiO3陶瓷的组成、微观形貌及热电性能的影响。结果表明,以SrCO3为原料制得的La0.1Sr0.9TiO3陶瓷热电性能最佳,其ZT值在烧结温度为1550℃时可达到最大值0.123。其次,采用液相W复合法制备La0.1Sr0.9TiO3/x W(x=0mol%,1mol%,3mol%,5mol%,7mol%)陶瓷和固相W复合法制备了La0.1Sr0.9TiO3/y W(y=0mass%,2.9mass%,4.7mass%,10mass%,20mass%)陶瓷,并比较了这两种不同方式对材料热电性能的改进效果。结果表明,液相法W复合对于降低材料的热导率有一定的效果,其中x=5mol%时的试样热电性能最佳,在500℃时ZT值可达到0.142。固相法W复合可以显著提高材料的电导率,其中y=20mass%时的试样的热电性能最佳,在500℃时ZT值可达到0.140。最后,分析上述两种不同W复合方法的陶瓷样品的热电优值,尝试将液相W复合与固相W复合两种方法结合起来,制备出液相/固相W复合的La0.1Sr0.9TiO3陶瓷。结果表明,样品La0.1Sr0.9TiO3陶瓷(x=1mol%,y=10mass%)热电性能有所提高,在测试温度为500℃时得到最大ZT值0.181,该值比未复合W的La0.1Sr0.9TiO3陶瓷的ZT值提高了76%,比仅固相W复合热电性能最好的试样La0.1Sr0.9TiO3/y W(y=20mass%)提高了29%,比仅液相W复合热电性能最好的试样La0.1Sr0.9TiO3/x W(x=5mol%)提高了27%。
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