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钴酸镧与银复合陶瓷的制备与热电性能

作　者: 牛丽丹
导　师: 宋英
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 热电性能 高分子网络法 LaCoO3 Sr掺杂 Ag复合
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 41次
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内容摘要


LaCoO3基氧化物是目前最具研究价值和应用前景的中低温热电材料之一。其在室温附近具有较高的Seebeck系数,但电导率偏低,还远不能满足实际应用的需要。因此,人们通过掺杂等改性手段来提高其热电性能。本论文通过对LaCoO3进行Sr掺杂及Ag复合等改性手段来提高其热电性能。利用高分子网络凝胶法合成了LaCoO3以及Sr掺杂的LaCoO3先驱粉体,并对这两个体系粉体进行了Ag复合,利用常压烧结技术制备了相对致密度较高的复合陶瓷材料。采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对其相组成及显微结构进行表征,并研究了材料的电导率、Seebeck系数、热导率随温度及Ag复合量的变化规律。对LaCoO3/Ag及La0.98Sr0.02CoO3/Ag体系陶瓷进行物相分析和断口形貌观察发现,试样中晶粒发育良好,但在晶粒交界处气孔较多,单质Ag主要以第二相的形式存在。La0.98Sr0.02CoO3试样的粒径较小,气孔明显减少,致密度提高。LaCoO3/Ag体系的热电性能研究表明,Ag复合提高了LaCoO3的Seebeck系数,电导率和热导率。其中,LaCoO3/0.10Ag试样的Seebeck系数最大,室温下为657μV·K-1,比LaCoO3试样提高了12.0%;LaCoO3/0.20Ag试样的功率因子室温下最大,为1.36×10-4W·m-1·K-2,比LaCoO3试样提高了9倍;373K时,LaCoO3/0.20Ag试样的热电优值(ZT)达到最大,为0.0369,比LaCoO3试样增加了34.7%。Sr掺杂使LaCoO3基材料的电导率和热导率增大,Seebeck系数降低,试样在500K以下的功率因子和ZT值显著增大。323K时,La0.98Sr0.02CoO3试样的功率因子为2.38×10-4W·m-1·K-2,比未掺杂的LaCoO3试样的功率因子提高了近16倍。373K时,La0.98Sr0.02CoO3试样的ZT值达到最大,比LaCoO3试样提高了近10倍。另外,Ag复合提高了La0.98Sr0.02CoO3材料的电导率和室温Seebeck系数,但同时也使材料的热导率提高。La0.98Sr0.02CoO3/0.20Ag试样的功率因子最高,在室温下为2.75×10-4W·m-1·K-2,比La0.98Sr0.02CoO3试样提高了15.6%。但是,Ag复合对La0.98Sr0.02CoO3/Ag系列材料的ZT值没有显著的改善。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景和研究意义  9
  1.2 热电性能的评价方法  9-14
    1.2.1 热电优值  10
    1.2.2 电导率  10-11
    1.2.3 Seebeck系数  11-13
    1.2.4 热导率  13-14
  1.3 LaCoO_3 粉体的合成方法  14-16
    1.3.1 共沉淀法  14-15
    1.3.2 凝胶-溶胶法  15
    1.3.3 高分子网络凝胶法  15-16
  1.4 LaCoO_3 材料的国内外研究现状  16-18
  1.5 课题研究的主要内容  18-19
第2章 试验材料及研究方法  19-24
  2.1 实验材料  19
  2.2 实验组分设计  19-20
  2.3 性能测试及分析方法  20-24
    2.3.1 热电参数测量方法  20-21
    2.3.2 相对致密度分析  21
    2.3.3 X射线衍射分析  21
    2.3.4 扫描电镜分析  21-22
    2.3.5 热失重差热分析  22
    2.3.6 能谱分析  22
    2.3.7 粉体粒度分析  22-24
第3章 LaCoO_3及LaCoO_3/Ag陶瓷的制备及表征  24-46
  3.1 LaCoO_3 粉体的合成与表征  24-30
    3.1.1 LaCoO_3 粉体的合成  24-25
    3.1.2 热失重分析  25
    3.1.3 合成条件的优化  25-29
    3.1.4 粉体粒度分析  29-30
    3.1.5 粉体的形貌观察  30
  3.2 LaCoO_3/Ag陶瓷的制备和表征  30-37
    3.2.1 LaCoO_3/Ag粉体的合成  30-31
    3.2.2 LaCoO_3/Ag陶瓷的制备和表征  31-34
    3.2.3 LaCoO_3/Ag陶瓷的组织结构  34-37
  3.3 LaCoO_3/Ag复合陶瓷的热电性能  37-45
    3.3.1 LaCoO_3 陶瓷的热电性能  37-38
    3.3.2 LaCoO_3/Ag复合陶瓷的热电性能  38-45
  3.4 本章小结  45-46
第4章 Sr掺杂LaCoO_3与Ag复合陶瓷的热电性能  46-60
  4.1 La_(0.98)Sr_(0.0)2CoO_3 粉体的合成及表征  46-48
  4.2 La_(0.98)Sr_(0.0)2CoO_3/Ag陶瓷的表征  48-51
    4.2.1 XRD物相分析  48
    4.2.2 材料的相对致密度  48-49
    4.2.3 SEM断口形貌观察  49-51
  4.3 La_(0.98)Sr_(0.0)2CoO_3/Ag陶瓷的热电性能  51-59
    4.3.1 La_(0.98)Sr_(0.0)2CoO_3 陶瓷的热电性能  51-55
    4.3.2 Ag复合对La_(0.98)Sr_(0.0)2CoO_3 陶瓷热电性能的影响  55-59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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