论文部分内容阅读
热电材料作为一种不利用活动部件可直接实现热能和电能相互转换的功能材料,已成为新能源材料的研究热点,SrTiO3基热电材料在热电材料中具有巨大的应用前景,而纳米结构和复合材料的引入可能是改善热电材料热电性能的有效手段。本文以报道较多的水热合成法（Hydrothermal Synthesis Method,HSM）和低温燃烧合成法（Low-temperature Combustion Synthesis,LCS）为粉体的制备方法,两种方法所制备的粉体具有较大的形貌和粒径差异。HSM法所制备粉体为纳米级球状,平均粒径80 nm,大小均匀结晶度为86.4%;LCS法所制备粉体颗粒直径约50 nm,但该方法制备的粉体出现严重的团聚现象,最终导致整体形貌为有大量孔洞存在,且粒径尺寸微米级的蓬松粉体。采用放电等离子烧结法（Spark Plasma Sintering,SPS）,真空（约6 Pa以下）烧结气氛,烧结温度1100℃,保压压力40 MPa,分别通过LCS法和HSM法制备La0.1Sr0.9TiO3陶瓷粉体,并与CNTs进行复合,构建CNTs/La0.1Sr0.9TiO3复合热电材料体系,初步探索了CNTs/La0.1Sr0.9TiO3复合热电陶瓷的制备工艺,研究体系组分、不同形貌和不同粒度的粉体以及烧结时间对其微结构的影响,测试所得样品的热电参数,以获得制备工艺相对简单、主要原料价格经济、环境友好,同时具有较高热电性能的材料,为研制高性能的热电材料提供理论借鉴和技术参考。对复合陶瓷的晶格结构和微观形貌进行了表征分析,发现CNTs对陶瓷基体的组织结构影响较小。烧结时间5 min,10 min,15 min时,在复合陶瓷中检测到CNTs存在,成功制备出CNTs/La0.1Sr0.9TiO3纳米复合热电材料。CNTs能够明显改善样品电导率,但同时影响Seebeck系数,导致│S│降低。以LCS粉体烧结时间15 min制备的陶瓷样品为例,其影响最为明显。在测试温度区间内,单一陶瓷最小电阻率为48.46 mΩ·cm,添加0.5 wt.%CNTs的复合陶瓷最小电阻率为7.52 mΩ·cm,其电阻率大小降低了一个数量级;同时在测试温度区间内,单一陶瓷|S|最大值和最小值分别为376.80μV·K-1和273.11μV·K-1,对比复合陶瓷|S|最大值和最小值分别309.53μV·K-1和199.35μV·K-1,CNTs的复合使陶瓷样品|S|降低,但仍处于同一数量级;经计算所得两样品的PF,单一陶瓷在T=729 K时有最大PF,其值为2.54μW·K-2·cm-1,复合陶瓷在T=635 K时有最大PF,其值为8.08μW·K-2·cm-1,可见在陶瓷基热电材料中复合CNTs可有效提高材料的电学性能。