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本文采用溶胶-凝胶同热压相结合的方法制备金属Cu和稀土Gd、Yb掺杂的Ca3Co4O9+δ基材料,在化学合成和预压片的过程中引入外磁场。利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的物相和结构进行了分析。在温度范围为300K-800K的条件下,测试材料的Seebeck系数和电阻率ρ,分析其随温度的变化情况,通过计算材料的功率因子PF值来研究掺杂不同含量元素和外磁场对材料的微观结构和电输运性能的影响。 通过对XRD图谱中的物相分析,对各衍射峰位的偏移情况分析和计算出的晶格参数,表明稀土元素Gd、Yb和金属元素Cu完全掺杂进到Ca3Co409+δ基材料的晶格中。计算晶体(001)面的择优取向F值,结果表明随着掺杂含量的增加择优取向F值反而降低,说明掺杂元素作为散射中心增大了晶格之间的散射,抑制材料晶格的择优取向。而有外磁场样品的F值相比于无外磁场样品的F值更高,表明施加外磁场能诱导晶粒按一定顺序进行排列,保证材料内部择优取向,进而提升材料的电性能。随着掺杂含量的增加,SEM图像表明样品的织构性有所降低。有磁场的样品展现出比无磁场样品更加明显的层状结构,而取向也更加一致,说明外加磁场可以诱使材料的微观结构择优取向,这些与XRD图谱分析的结果相一致。 因此,在外加磁场的作用下电阻率明显降低,塞贝克系数略有升高,导致PF增加。对稀土元素Gd、Yb掺杂Ca3Co4O9+δ基材料研究分析得出结论:在300K-800K的温度范围内,在掺杂含量不高的情况下,电阻率随着掺杂含量的增加而增大,Seebeck随着掺杂含量的增加而增大,样品的PF值随着掺杂含量的增加而增大。稀土Gd掺杂的样品当中,外加磁场的Ca2.90Gd0.10Co4O9+δ在温度为800K时功率因子PF达到最大值0.19mWm-1K-2,比对应不加磁样品高出大约36％。稀土Yb掺杂的样品当中,外加磁场Ca2.85Yb0.15Co4O9+δ在800K的时候具有最大PF值0.18mWm-1K-2,比Ca2.85Yb0.15Co4O9+δ不加磁场样品高出大约20％。 对金属元素Cu掺杂Ca3Co4O9+δ基材料研究分析得出结论:在300K-800K的温度范围内,电阻率随着掺杂含量的增大而降低,Seebeck随着掺杂含量的增加而降低,样品的PF值随着掺杂含量的增加而降低。金属Cu掺杂的样品当中外加磁场的Ca3Co3.5Cu0.5O9+δ在温度为800K时功率因子PF达到最大值0.16mWm-1K-2。说明外磁场有利于晶粒的取向,从而有效的提高材料的电性能。