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用Cr取代Co提高Ca3Co4O9的熱電性能

發(fā)布時(shí)間:2019/6/28點(diǎn)擊次數(shù):725

 

 

【引言】

由于*的塞貝克效應(yīng),熱電材料可以將溫差直接轉(zhuǎn)化為電能。這一重要特性已引起人們對(duì)這類材料的廣泛重視,以便將其應(yīng)用于余熱回收裝置或太陽能熱電發(fā)電機(jī)。此外,它們還可以用作加熱/制冷設(shè)備。高性能熱電材料應(yīng)具有較大的塞貝克系數(shù)和較低的電阻率和導(dǎo)熱系數(shù)。低電阻率是必要的,以盡量減少焦耳加熱,而低導(dǎo)熱率有助于在熱電裝置的冷熱側(cè)之間保持較大的溫度梯度。

 

【成果介紹】

J. C. Diez等人采用經(jīng)典的固態(tài)法合成了含少量鉻的Ca3Co4-xCrxO9多晶熱電陶瓷。微觀結(jié)構(gòu)表征表明,所有Cr均被納入Ca3Co4O9結(jié)構(gòu)中,Cr含量不大于0.05時(shí)未產(chǎn)生含Cr的二次相。表觀密度測量表明所有樣品都非常相似,密度約為理論密度的75%。在50 °C至800 °C的氦氣氛圍下,使用Linseis的塞貝克系數(shù)/電阻測量儀LSR-3測試了樣品的電阻率和塞貝克系數(shù)。當(dāng)鉻含量增加時(shí)電阻率降低,塞貝克系數(shù)略有提高,直至鉻加入量達(dá)到0.05為止。這兩種參數(shù)的改進(jìn)使得功率因數(shù)比傳統(tǒng)的固相法得到更高的值。

 

【圖文導(dǎo)讀】

 

圖1 Ca3Co4-xCrxO9樣品的粉末X射線衍射圖譜,X分別為(a)0.00、(b)0.01、(c)0.03、(d)0.05和(e)0.10;

 

圖2 掃描電鏡顯示0.05 Cr取代試樣斷口形貌為隨機(jī)取向的層狀晶粒。

 

 

圖3 0.03 Cr取代樣品拋光段的掃描電鏡分析。黑點(diǎn)表示塊狀物質(zhì)的孔隙度

 

 

圖4 用掃描電鏡對(duì)0.10 Cr取代試樣的拋光段進(jìn)行了近距離觀察?;疑珜?duì)應(yīng)于Ca3Co4-xCrxO9和Ca3Co2O6相(#1),而深灰色對(duì)應(yīng)于Ca1-xCrxO固溶體(#2)

 

 

圖5 不同Cr含量的Ca3Co4-xCrxO9試樣中電阻率隨溫度的變化,X分別為()0.00、()0.01、(■)0.03、()0.05和()0.10

 

 

圖6 不同Cr含量的Ca3Co4-xCrxO9試樣中塞貝克系數(shù)隨溫度的變化,X分別為()0.00、()0.01、(■)0.03、()0.05和()0.10

 

 

圖7 不同Cr含量的Ca3Co4-xCrxO9試樣中功率因數(shù)隨溫度的變化,X分別為()0.00、()0.01、(■)0.03、()0.05和()0.10

 

【結(jié)論】

本文表明Cr可以在不改變晶體結(jié)構(gòu)和改善熱電性能的情況下,以較小的比例(x≤0.05)取代Ca3Co4-xCrxO9中的Co。由于Ca1-yCryO非熱電二次相的形成,進(jìn)一步加入Cr會(huì)降低熱電性能。根據(jù)在50 °C和800 °C時(shí)的測定的功率因數(shù)的值,確定了Co取代Cr的合適含量為摻有0.05 Cr的樣品,功率因數(shù)在50 °C和800 °C時(shí)的大值分別為0.11 mW/K2和0.25 mW/K2,比未摻雜樣品高25%左右。

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