R位p型掺杂对RBaCo_4O_7陶瓷热电性能的影响.pdf

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1、学校代码10459学号或申请号201212131469密级kf士石丨学文R位p型掺杂对RBaCo407陶瓷热电性能的影响作导学专培完者师科业养成姓姓门名院时名名类称系间陈宇博马润香、宋红章理学凝聚态物理物理工程学院2015年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterEffectofRSitep-styleDopingontheThermoelectricPropertiesofRBaCo407CeramicByYuboChenSupervisor:Prof.HongzhangSo

2、ngCondensedMatterPhysicsSchoolofPhysicsandEngineeringApril,2015学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：QI曰曰期：月学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同

3、意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：曰期：名月斤曰摘要摘要热电材料是一种能将热能和电能直接相互转化的功能材料，在能源利用和环境保护方面的特殊功能，使之成为材料研究领域的热点。钴基氧化物在氧化物热电材料中表现出了较好的热电性能，并具有无毒、无污染、

4、高温下性能稳定等优点，近年来，引起了广大研究者的密切关注。RBaCo4O7陶瓷材料是一类新型钴基氧化物材料，属于p型半导体材料，具有复杂的晶格结构，较高的塞贝克系数和相对较低的热导率，在高温下表现出了较好的热电性能。以往的诸多研究表明，利用导电性能良好的金属元素掺杂往往可以提高热电材料的性能。因此，我们希望通过RBaCo4O7陶瓷材料的R位上掺杂金属元素来提高材料的热电性能。本实验采用传统的物理固相法合成样品，对所制备样品进行了X射线衍射分析其相结构，同时分析了温度和各掺杂元素的含量对材料的电阻率、Seebeck系数、功率因子、热导率以及ZT值的影响。本

5、实验首先采用原材料相对廉价的YBaCo4O7陶瓷材料的掺杂研究做探究性试验，所选取的掺杂的元素为Ag、Pb、Sr、Tl、Zn、Cu等。研究结果发现，元素在较高比例掺杂时由于出现较多的杂质相，往往引起较高的电阻率，因此本实验的掺杂比例控制在0.1左右。从总体上来看，所选取的元素掺杂都明显地降低了材料的电阻率，从而优化了材料的热电性能。由于掺杂元素离子半径、导电性以及原子质量的不同，不同元素对材料热电性能的影响效果不同。在所选取的掺杂元素中，Ag和Pb掺杂对YBaCo4O7陶瓷材料的热电性能的优化最为明显。其中Ag元素的最佳掺杂浓度为0.15，Y0.85Ag

6、0.15BaCo4O7样品在温度-1-2为973K时功率因子达到最大值81μWmK，比未掺杂的样品提高72.7%，ZT值达到0.125。用探究实验中选出的最佳掺杂元素Ag和Pb元素用于YbBaCo4O7陶瓷材料的掺杂研究。结果表明，Pb元素掺杂对YbBaCo4O7材料热电性能的优化较为明-1-2显，Yb0.92Pb0.08BaCo4O7样品在温度为973K，其功率因子达到84μWmK，比未掺杂样品提高55%，ZT值达到0.12，比未掺杂样品提高69.5%。最后用掺杂效果明显的Ag和Pb元素用于LuBaCo4O7陶瓷材料掺杂研究。I摘要结果表明，Pb元素掺

7、杂对LuBaCo4O7材料热电性能的优化较为明显，-1-2Lu0.92Pb0.08BaCo4O7样品在温度为973K，其功率因子达到85μWmK，比未掺杂样品提高22.3%，ZT值达到0.18。综合实验结果表明：R位空穴掺杂明显降低了RBaCo4O7陶瓷材料的电阻率，同时也降低材料的塞贝克系数，由于电阻率的降低幅度大于塞贝克系数的降低幅度，总体上在小比例掺杂时，材料的功率因子有一定提高。在所选取掺杂元素中，Ag和Pb的掺杂对材料热电性能的优化最为明显，这与大多数氧化物的掺杂效果是一致的。关键词：RBaCo4O7陶瓷材料；热电性能；元素掺杂；电阻率；塞贝克

8、系数；功率因子IIAbstractAbstractThermoelectricm