钴系热电材料研究与发展简介课件

钴系热电材料研究与发展简介郑刚内容概要1.热电材料概念2.热电材料分类与发展简介3.钴酸盐系列热电材料的研究与制备热电材料热电材料是一种利用固体的热电效应实现热能和电能直接相互转换的功能材料。热电效应：是当受热物体中的电子（空穴），因随着温度梯度由高温区往低温区移动时，所产生电流或电荷堆积的一种现象塞贝克效应的实质在于两种金属接触时会产生接触电势差，该电势差取决于两种金属中的电子溢出功不同及两种金属中电子浓度不同造成的。与之相对应的是热电效应中的另一个效应珀尔帖效应热电应用Met.Mater.Int.,Vol.20,No.2(2014),pp.389~397热电材料的性能表征一般来说无量纲热电优值ZT=S2Tσ/κ来表征热电材料的性能。其中，S、σ和κ分别是Seebeck系数、电导率和热导率，T为绝对温度。因此，在热电材料的研究中，最常用的手段就是将热电材料做成块体材料，然后在特定温度下测改材料的电导率，热导率。热电材料分类过渡金属碲基化合物热电材料方钴矿结构热电材料钴酸盐氧化物热电材料笼式化合物材料纳米超晶格热电材料……PbTe系量子点超晶格材料中高温区内的热电材料，当前应用最多的一类热电材料。上世纪50、60年代，由于军事和航天的需要，美国和前苏联都大量开展了以PbTe为基础制造同位素辐射热电发电装置的研究。美国3M公司Fritts领导了n型和p型PbTe材料的研究，分别以PbI2和Na为掺杂元素，应用在NASA的太空航天器中。电源技术1002-087X(2012)01-0142-04方钴矿材料中温区的高效热电材料，通式为AB3的化合物（其中A是金属元素，如Ir、Co、Rh、Fe等；B是族元素，如As、Sb、P等）。电源技术1002-087X(2012)01-0142-04方钴矿方钴矿掺杂当前对于方钴矿类的热电材料的研究重点主要放在掺杂上面，这类结构称为填充型方钴矿结构。掺杂比列的不同，掺杂元素的不同，对方钴矿的热电性能都有着不同的影响。不同掺杂类型方钴矿热电材料的性能影响Ba0.2(IrxCo18x)4Sb12热导系数热优值（ZT）ScriptaMaterialia62(2010)93–96金属氧化物(主要介绍钴酸盐类)氧化物热电材料主要有两大类：Na-Co-O系热电材料和Ca-Co-O系热电材料。NaCo2O4的晶体结构上中的CoO2层对于电子输运有着独特输运性能（电子在其中有着较高的迁移率）。Ca3Co4O9就是这样一种含Co的层状过渡金属氧化物,这种氧化物同样显示出较好的热电性能同时其化学性质较稳定。钴酸钙钴酸钙结构示意图钴酸钙电镜图材料开发与应用(2009)01—0073—04ElectronicMaterialsLetters,Vol.8,No.3(2012),pp.305-308化学共沉淀法硝酸钙溶液与硝酸钴溶液混合，加入沉淀剂（一般为氢氧化钠，碳酸钠，碳酸氢铵，氨水）沉淀，烘干得到前驱体，前驱体进行烧制，20MPa压制成形，再次烧结，得到最终待检测样品。一般流程如下所示：硝酸钴（AR）硝酸钙（AR）均配置为水溶液稀释到所需要的浓度（一般来说是硝酸钴0.4硝酸钙0.3）将两种溶液混合（磁力搅拌器内25℃搅拌混合）按照一定比例加入沉淀剂继续搅拌1h滴加以一定速度滴加沉淀剂后抽滤，洗涤（水洗2次，醇洗1次）80℃烘干得到前驱体研磨，900℃粉体烧制保温12h从室温升至900摄氏度，每分钟6~10℃，保温2h压制成形20MPa再次烧结，保温5h：性能检测钴酸钙xrd图谱文献溶胶凝胶法硝酸钙溶液与硝酸钴溶液混合，加入柠檬酸钠，在90℃（75℃）下继续搅拌至形成凝胶，凝胶烘干得到前驱体，前驱体进行烧制，20MPa压制成形，再次烧结，得到最终待检测样品一般流程如下溶胶凝胶法制备的前驱体溶胶凝胶共沉淀xrd图谱溶胶凝胶文献共沉淀电学性能热学性能（共沉淀）热优值分析ZT=S2σT/κ，其中塞贝克系数S为130uV/K。那么对于溶胶凝胶法来说，取σ=4140s/m,κ=0.68,T=300k，有ZT=0.31。同样的，对于共沉淀法的来说，取σ=4420s/m,κ=1.040,T=300k，有ZT=0.022。以上关于热电性能的计算也与相关文献记载的相一致。J.Phys.Chem.C2010,114,10061–10065总结综合来说，钴系热电材料的当前的热油值（ZT）并不是很高，但是在高温区（T>