论文部分内容阅读
CoSb3化合物由于具有很高的电导率和较高的Seebeck系数而引起了人们的广泛关注，但其热导率很高，使得材料的ZT值和转换效率较低。目前，改善其性能的途径主要有结构低维化和掺杂。本论文首次探索采用非水共沉淀法制备纳米方钴矿化合物的可能性，研究了合成工艺和掺杂等对方钴矿化合物粉体的相组成和微结构的影响规律，并且初步探索了烧结温度和掺杂对方钴矿块体材料的相组成、微结构和电性能的影响规律。采用无水乙醇作为反应溶剂，以SbCl3和COCl2·6H2O为起始原料，NaOH作沉淀剂，将沉淀直接干燥后得到前驱体A，该前驱体A由NaCl、非晶态的Sb2O3和Co（OH）2混合组成；将沉淀的混合溶液经过多次洗涤、超声分散和干燥后，得到前驱体B，此前驱体由斜方晶系的Sb2O3和非晶态的Co（OH）2混合组成。将前驱体A进行还原热处理并进一步洗涤后得到了纯度较高的单相方钻矿化合物。沉淀剂的量、还原温度、时间、干燥工艺和掺杂等对粉体的相组成和微结构有显著影响；当沉淀剂的量为理论值的1．2倍时，在300℃-1．5h下还原得到的CoSb3平均粒径约为10-20nm；掺Ni对粉体的粒径影响不明显，掺In所获得的粉体的颗粒尺寸明显减小。前驱体B经过还原后得到了单相的CoSb3；还原温度和掺杂对粉体的相组成影响不大，但是对粉体的颗粒尺寸有影响；还原温度越高，所获得的粉体粒径越大。在400℃-1h下还原得到的粉体，平均尺寸约为50nm；掺Ni对粉体的微结构影响不显著，但掺In所获得的粉体颗粒尺寸变小，约30-40nm。比较前驱体A和B经过400℃-1h还原热处理所得到的粉体，两者均是CoSb3的单相；前驱体A所获得的粉体的平均粒径约30hm，明显小于后者。将上述合成的约50nm的二元、三元（掺In和Ni）方钴矿粉体进行SPS烧结，得到了最小晶粒尺寸约为100nm的致密块体。掺杂后其电性能改善显著，其中，Ni掺杂量为1．0时，获得最大功率因子1．88×10-3Win-1K-2。