新型高温氧化物热电材料及其热电转换性能的研究

【作者】 蒋阳； 苏煌铭； 仲洪海； 余大斌；

【机构】 合肥工业大学材料科学与工程学院； 解放军电子工程学院；

【摘要】 氧化物热电材料体系由于具有对环境没有污染,稳定性好,使用寿命长,不含有毒物质,成本较低等优点而备受瞩目,他是一种在具有高温条件下的潜在应用前景的新的热电转换材料。本实验采用柠檬酸法结合自燃法合成P型Ca₃Co_4-xAg_xO₉（x=0,0.1,0.2,0.3）和N型Ca_1-xSm_xMnO₃（x=0,0.02,0.04,0.06）均相的粉末,平均粒径为1.3μm。利用粉末冶金方法获得热电材料。应用XRD和SEM等手段分析和表征两个体系材料的物相组成和微观结构,研究x值的变化对于各体系材料热电性能（包括电阻率、Seebeck系数、功率因子、热导率和ZT值）的影响。对于P型Ca₃Co_4-xAg_xO₉和N型Ca_1-xSm_xMnO₃材料来说,随着各自掺杂Ag和Sm量加大,体系中载流子浓度增大,使得材料电导率升高,seebeck系数降低,但总体材料的功率因子得到了提高。研究结果表明掺Ag x=0.2的试样Ca₃Co_3.8Ag_0.2O₉和掺Sm x=0.02的试样Ca_0.98Sm_0.02MnO₃具有最优的热电性能。Ca₃Co_3.8Ag_0.2O₉试样的功率因子在973K时达到188.7μW·(m^-1·K^-2),ZT值为0.197。而N型的Ca_0.98Sm_0.02MnO₃试样达到230.67μW(m^-1·K^-2),ZT值为0.149。为研究其实际的应用。我们利用上述材料试样组装的2组PN节的温差发电器件,研究表明在高温端873K,温差为523K时,最大输出功率为36.8mW,体积功率密度为81.9mW·cm^-3,制造因子μ达到0.583。更多还原