全氧化物热电器件的制备及性能研究

为了制备出具有一定实用性的热电器件,分别对Sm3掺杂的p型Ca2Co2O5和n型CaMnO3氧化物热电材料进行研究.结果表明:Ca1.70Sm0.30Co2O5呈现层状结构,晶粒取向生长.Ca0.95Sm0.05MnO3为单一相正交晶系,陶瓷结构致密.两样品均具备良好的热电性能,Ca1.95Sm0.05Co2O5空穴导电,Ca0.95Sm0.05MnO3电子导电,功率因子均随温度的升高而增大,适合作为热电器件材料.利用这两种材料分别制备出四臂式和八臂式热电器件,并测试其性能,相同温差下八臂式器件的输出电压比四臂式器件高出2.7倍.     

Ca3Co4O9陶瓷的制备和热电性能

氧化物半导体陶瓷材料是新型的中、高温热电材料。采用传统固相合成法和溶胶－凝胶法成功地制备了Ca3Co4O9陶瓷。对它们的显微结构和热电性能（Seebeck系数、电导率和热导率）进行了研究。实验结果表明，由两种方法制备得到的Ca3Co4O9陶瓷具有类似的热电性能。Ca3Co4O9陶瓷为取向无规则片状结构，属于p型半导体热电材料，其热电品质因子随温度升高而增大。Ca3Co4O9陶瓷具有大的Seebeck系数和低的热导率，但它的电导率仍然偏低，导致了它的热电品质因子比传统热电合金的热电品质因子低。     

Cu掺杂对Ca2.7Bi0.3Co4-xCuxO9微观结构和热电性能的影响

采用固态反应法制备了Cu掺杂的Ca2.7Bi0.3Co4-xCuxO9(0.0≤X≤0.3)样品,研究了Cu掺杂对样品的微观结构和热电性能的影响.Cu部分替代Co增大了晶粒尺寸.样品的热电性能随着Cu含量的增加而增加.1000K时,x=0.3样品的电导率,塞贝克系数和功率因子分别达到97S·cm-1、1 81 μV·K-1和3.2 × 10-4Wm-1K-2,显著高于未掺杂的Ca3Co4O9样品.     

Ca3Co4O9陶瓷的结构与性能

采用传统固相烧结法制备了Ca3Co4O9陶瓷,并对其显微结构和热电性能进行了研究。实验结果表明,Ca3Co4O9为六角形层状结构,晶胞参数a=5.0,c=10.7,属P型半导体,Seebeck系数和电导率均随着温度的升高而增大。     

c轴择优Ca_3Co_4O_9多晶的热电性质及激光感生横向电压效应

采用传统固相反应法制备c轴择优的错层结构Ca3Co4O9多晶材料,用热重-差示扫描量热分析、X射线衍射、扫描电子显微镜和电阻率–温度曲线、热电势–温度曲线对样品进行了表征,探究了材料热电输运性质和激光感生横向电压(laser induced transverse voltage,LITV)效应。结果表明:在800和870℃分别保温24 h条件下可获得纯相层片状Ca3Co4O9多晶,其(00l)取向因子达0.74。Ca3Co4O9多晶材料在80~300 K、336~826 K分别为金属和半导体电输运行为。336 K时Seebeck系数约130μV/K。由于声子曳引热电势的贡献,随温度升高,热电势增大。以波长为248 nm、脉宽为28 ns、能量密度为17 m J/cm2的脉冲激光照射多晶构造斜面,获得了42 m V的LITV响应,比倾斜外延Ca3Co4O9薄膜中的LITV信号小约2个数量级。由于存在偏离(00l)取向的晶粒和大量晶界,导致本征热电各向异性相互抵消,大大减小了LITV响应。     

Bi_4B_2O_9对(Ca_(0.2)Sr_(0.05)Li_(0.375)Sm_(0.375_)TiO_3陶瓷烧结和微波介电性能的影响

采用传统固相法制备(Ca0.2Sr0.05Li0.375Sm0.375)TiO3钙钛矿微波介质陶瓷,研究了Bi4B2O9对(Ca0.2Sr0.05Li0.375Sm0.375)TiO3陶瓷微波介电性能的影响,利用X射线衍射仪、扫瞄电子显微镜和矢量网络分析仪对其晶体结构、显微组织和微波介电性能进行了研究。结果表明:掺10%Bi4B2O9的(Ca0.2Sr0.05Li0.375Sm0.375)TiO3陶瓷,其烧结温度由1 300℃降至1 080℃。当添加3.5%Bi4B2O9时,其最佳烧结温度为1 150℃,陶瓷的微波介电性能最佳(相对介电常数εr=116.9;品质因数Q×f=3 500GHz;频率温度系数τf=1.2×10-6/℃)。     

Ca3Co4O9热电陶瓷材料的制备与表征

本实验采用溶胶-凝胶法制备了Ca3Co4O9陶瓷,对样品的显微结构和热电性能进行了表征.实验结果表明,Ca3Co4O9为取向无规则层片状组织,制备工艺参数对样品的显微结构和热电性能有重要影响.     

失配层钴酸盐与掺镧系列的电子结构与热电性能

用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了失配层钴酸盐Ca3Co4O9及其掺La系列，讨论了电子结构、化学键等与热电性能之间的关系。计算结果表明，Ca3Co4O9的态密度费米能级附近的价带和导带主要由Ca3Co4O9层中的O2p和Co3d原子轨道贡献，Ca3Co4O9的热电性能主要由Ca3CoO3层决定，而与CoO2层无直接联系，这与一般的二元氧化物无热电性能，而三元氧化物可能有较好的热电性能的结论一致。随着掺La量的增加，费米能级处价带和导带之间的能隙首先减小，随之达到最小值，进而又增大。由于能隙直接影响材料的热电性能，因此，存在一个最佳掺杂量以达到热电性能的最佳改善，这与实验结论一致。     

掺杂金属离子对Ca3Co4O9的热电性能的影响

采用溶胶-凝胶法,在常压空气中,经850℃烧结4h制备了Ca3Co4O9掺杂不同金属离子M(Na ,Ag ,La2 )的(Ca1-xMx)3Co4O9热电材料.通过X射线衍射、扫描电镜等对材料的微结构进行了表征,重点考察了掺杂不同金属离子对Ca3Co4O9中温热电性能参数Seebeck系数、电导率和功率因子的影响.结果表明:金属掺杂的(Ca1-xMx)3Co4O9热电材料具有致密的内部结构,并能够明显改善Ca3Co4O9的热电性能,尤其是掺杂Na 样品的热电性能有较为明显的提高,并且掺杂离子浓度对改善热电性能也有一定影响,组成为(Ca0.90Na0.10)3Co4O9时的功率因子提高最明显.     

Ca3Co4O9基氧化物热电材料研究进展

详细综述了提高Ca3Co4O9基氧化物热电性能的主要途径,包括制备工艺的改进、掺杂改性研究、热电性能的结构调控等,着重从Ca位掺杂和Co位掺杂两个方面介绍了Ca3Co4O9在掺杂改性方面的研究进展,并提出了该材料存在的问题和今后的发展方向。     

Sr掺杂对Ca3Co4O9热电性能的影响与理论分析

通过实验研究了Ca位掺杂对Ca3CoaO9热电性能的影响，并用密度泛函离散变分法从理论和计算上寻求支持，从化学键角度对此现象进行解释。结果发现：与未掺杂体系相比较，x=0．05有利于降低材料的电阻率，但Seebeck系数有所减弱；z=0．10对降低电阻率不利；体系在473～773K范围内具有hopping电导的特征。建...     

溶胶-凝胶微波加热合成Ca_(2.7)La_(0.3)Co_4O_9前驱粉

以硝酸钙、硝酸钴、硝酸镧和柠檬酸等为原料,用溶胶-凝胶法制备出凝胶,在100℃下烘干,然后用微波炉加热,合成了Ca2.7La0.3Co4O9前驱粉体。讨论了微波合成参数对粉体晶相和晶粒度的影响。用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对制备的粉体进行了测试。结果表明,溶胶-凝胶结合微波加热法可以在较短的时间内制得Ca2.7La0.3Co4O9粉体,且晶形发育比常规加热更完善。微波高火加热20min,可得到纯相的Ca2.7La0.3Co4O9前驱粉。     

制备工艺对La改性的Ca3Co4O9基陶瓷热电性能的影响

利用常压烧结、冷等静压成型后常压烧结及热等静压烧结3种不同制备工艺,合成了(Ca0.9La0.1)3Co4O9热电材料。XRD分析表明：不同工艺制备的样品均为Ca3Co4O9相。样品的SEM照片显示：晶粒为片状结构;热等静压烧结制备的样品,其片状结构不明显,但致密度较之另外两种工艺大幅度提高,其相对密度为95％。制备工艺对(Ca0.9La0.1)3Co4O9热电材料Seebeck系数影响不大,但热压烧结样品能大幅度提高(Ca0.9La0.1)3Co4O9电导率。在一定温度范围内,随温度升高,功率因子大幅度增加,对于热压烧结的样品尤为显著。     

Rolled-up tubes and cantilevers by releasing SrRuO3-Pr0.7Ca0.3MnO3 nanomembranes

ABSTRACT: Three-dimensional micro-objects are fabricated by the controlled release of inherently strained SrRuO3/Pr0.7Ca0.3MnO3/SrRuO3 nanometer-sized trilayers from SrTiO3(001) substrates. Freestanding cantilevers and rolled-up microtubes with a diameter of 6 to 8 μm are demonstrated. The etching behavior of the SrRuO3 film is investigated, and a selectivity of 1:9,100 with respect to the SrTiO3 substrate is found. The initial and final strain states of the rolled-up oxide layers are studied by X-ray diffraction on an ensemble of tubes. Relaxation of the sandwiched Pr0.7Ca0.3MnO3 layer towards its bulk lattice parameter is observed as the major driving force for the roll-up of the trilayers. Finally, μ-diffraction experiments reveal that a single object can represent the ensemble proving a good homogeneity of the rolled-up tubes.PACS: 81.07.-b; 68.60.-p; 68.37.Lp; 81.16.Dn.     

热电材料及其研究现状

热电材料是一种能将热能和电能直接相互转化的新型功能材料,有着极为广阔的应用前景,目前的主要工作是最大限度提高材料的ZT值。对热电材料的理论基础进行了分析,介绍了半导体合金、Skutterudite、氧化物、金属合金固溶体等多种热电材料的性能和特点,阐述了热电材料现有的研究方法和研究方向。