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低维纳米银复合Ca3Co4O9热电材料的制备及其性能研究-材料学专业论文
东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 必威体育官网网址 □,在 年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不必威体育官网网址 □。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 东华大学 东华大学硕士学位论文 摘要 低维纳米银复合 Ca3Co4O9 热电材料的制备及其性能研究 摘 要 热电材料能实现热能和电能的直接转化,是一种新型功能材料, 在通电制冷和废热发电领域有很广阔的应用前景。Ca3Co4O9基热电材 料是一种氧化物半导体陶瓷材料,具有热稳定性好、无毒性、无环境 污染等优点,是新型的中高温热电材料。但是Ca3Co4O9基热电材料的 热电性能与其他传统热电材料相比还是较低,因此,如何提高其热电 性能成为目前研究的热点之一。 目前有关提高Ca3Co4O9基材料热电性能的研究都是通过优化成 型工艺或者掺杂的方法来实现ZT值的增加。本文采用低维纳米化的 方法,在Ca3Co4O9基体中添加低维纳米相,构筑一种新型的低维纳米 复合热电材料。将多元醇法制得的低维银纳米线(AgNWs)、银纳米 颗粒(AgNPs)和氧化还原法制得的氧化石墨烯(GO)分别引入到 三维 Ca3Co4O9 基 体 中 , 结 合 SPS 烧 结 技 术 制 备 出 低 维 纳 米 相 与 Ca3Co4O9复合块体。通过在基体中添加低维纳米相的方式提高费米能 级附近的状态密度,增加载流子浓度,同时加强了声子散射,降低热 导率,最终优化了Ca3Co4O9的热电性能。用XRD、SEM等手段对复合 块体进行物相和微观形貌结构分析,并测试研究复合块体的热电性能。 主要研究内容如下: I 1、首先采用多元醇法、氧化还原法和固相法相继合成了低维 AgNPs、AgNWs,GO和Ca3Co4O9粉体。采用XRD、SEM、UV-vis和 拉曼等分析测试技术表征和分析所制备的样品。银纳米颗粒的直径为 50~60nm,呈立方形或球形形貌;银纳米线的直径为50nm,长度为 50μm,长径比为1000; Ca3Co4O9样品XRD衍射峰尖锐,无杂相。 2、通过超声复合的方法将不同比例的AgNPs与Ca3Co4O9粉末复 合,得到AgNPs均匀分散的复合纳米粉体,利用放电等离子烧结技术 制备AgNPs/ Ca3Co4O9复合块体。观察不同AgNPs含量的复合块体的 物相组成、微观结构和形貌,并测试计算复合块体的电导率、Seebeck 系数、热导率和ZT值。当AgNPs的添加量为2.0 vol%时,复合块体的 最大ZT值在700K达到0.1,相比不含AgNPs的单相Ca3Co4O9块体的最 大ZT值提高了400%。 3、通过超声复合的方法将不同比例的AgNWs与Ca3Co4O9粉末复 合,得到AgNWs均匀分散的纳米复合粉体,利用放电等离子烧结技 术获得AgNWs/ Ca3Co4O9复合块体。观察不同AgNWs含量的复合块体 的物相组成、微观结构和形貌,研究其热电性能,探求AgNWs的引 入对Ca3Co4O9基材料的影响。当AgNWs的添加量为0.5 vol%时,复合 块体的最大ZT值在700K达到0.09,相比纯相Ca3Co4O9块体的最大ZT 值提高了350%。 4、采用滴定法将不同比例的GO与Ca3Co4O9复合,得到GO均匀 分 散 的 纳 米 复 合 粉 体 , 利 用 放 电 等 离 子 烧 结 技 术 制 备 石 墨 烯 和 Ca3Co4O9的复合块体,在烧结过程中GO被还原成石墨烯。研究不同 II PAGE PAGE VI 氧化石墨烯含量的复合材料的物相组成,测试计算复合块体的电导率、 Seebeck系数、热导率和ZT值,研究材料的热电性能。实验结果显示, 在573K时,石墨烯与Ca3Co4O9发生化学反应,生成CaCO3。 关键词:Ca3Co4O9,银纳米线,银纳米颗粒,低维纳米复合,热电材 料 东华大学 东华大学硕士学位论文 Abstact PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF LOW-DIMENSIONAL NANO-SILVER DISPERSED Ca3Co4O9-BASED THERMOELECTRIC COMPOSITES ABSTRACT Thermoelectric (TE) materials are a kind of new functional materials, which can be used for direct conversi
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