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陈汉军等:锌钛掺杂三氧化钨陶瓷的热电性能
09067
文章编号:1001-9731(12015)09-09067-05
锌钛掺杂三氧化钨陶瓷的热电性能
陈汉军,王大为,董翔
(1.西南交通大学物理科学与技术学院,成都610031;2.西南交通大学电气工程学院,成都610031)
摘要:利用传统工艺制备TiO2以及ZnO)掺杂的
课题组52对WO2陶瓷利用TiO2和ZnO进行
W(2陶瓷,利用X射线衍射以及扫描电镜对其微观结掺杂,发现了其热电性能的改变。本论文利用双相掺
构进行分析,并且在273~973K进行热电性能的测杂,对制成的陶瓷样品进行热电性能的测量,分析掺杂
量,发现晶粒尺寸有着微小的变化,而且有第二相的生对其的影响,从而寻求更优良的掺杂比例。
成。所有不同浓度的样品在测量范围内均为负值,说
明仍是n型氧化物热电材料。实验发现掺杂浓度为
实验
0.5%(摩尔分数),温度达到973K时有着最高的功率
陶瓷材料的制备及后处理
因子为0.052pW/m?K。
将分析纯的WO2(99.9%)、Zn(O(9.9%)和Ti()
关键词:WO陶瓷;功率因子;热电性能;微观结构
(99.9%)按照摩尔百分比例(100-0.5-x)WO3+
中图分类号:TB332
文献标识码:A0.5%(摩尔分数)Zn()+xTiO2混合,=0.5,1.0,2.0
DOI:10.3969/.isn.1001-9731.2015.09.013
和5.0%(摩尔分数)。按照对应的摩尔比例用电子天
1引言
平称量样品的质量并混合,在玛瑙罐中加入是适量的
酒精利用球磨机机械硏磨3h后,加人4%(质量分数)
能源问题逐渐成为21世纪人们最关心的问题,不的PVA胶水形成混合浆料,放入十燥箱中十燥并细磨
可再生能源随着人类的过度开发日益减少,新能源的造粒,再压成厚度为1mm左右,直径为10mm左右
开发与利用变得更加重要。
的圆片。然后在高温烧结炉中,烧到300℃排胶,然后
热电材料作为一种新型的能源材料,相对于传统用时160min烧到1100,空气中保温1h,从而烧
的化石材料而言,环境污染较低,是显著的环境友好型制出ZnO和TiO2共同掺杂WO2的陶瓷样品。
材料。热电效应简言之就是热生电的现象,温差产生
将样品涂上In-(Gra电极,利用 Keithley2400型伏
电势差,而且热电效应是可逆的,通常人们利用热电效安特性测试仪对样品进行电?率测量;塞贝克系数的
应来进行热能发电以及制冷2。
测量则使用课题组自行设计的塞贝克系数测量系统
随着人们对热电材料的关注,氧化物热电材料出将样品掰成小块,在去离子水的坏境中利用超声波清
现在人们的视野里。相比较与其他型热电材料而言,洗器进行清洗,再用 QUANTA200型电子打描显微镜
氧化物热电材料成本低、无污染、无毒、易于制备、抗氧观察微观形貌,用能量行射谱(EDX)观察分析样品的
化,这一些优点表明氧化物热电材料具有广阔的发微区成分;用7602EA型X射线衍射仪照出样品的
展空间。氧化物热电材料最早出现在人们的视野是在XRD谱线,利用谱线分析样品的相结构
20世纪90年代初,日本人 Terasaki发现了NaCo2O22.2实验原材料和主要仪器设备
具有较好的热电性能1,因此人们也开始了对氧化物
表1列出了本论文中制备以及处理WO3基陶瓷
热电材料的研究。
热电材料所用到的主要原料以及试剂。
氧化物热电材料又分为n,p型两种,其中由Ter
表1实验中主要化学试剂及来源
asaki发现的NaCo2O)便为一种p型热电材料,而且现 Table1 Major Chemical reagents andtheir sources in
阶段对p型热电材料研究较多,也有着较好的热电性
the cxpcrimcnts
能リ。对于n型氧化物材料主要是以Zn()和Sr
原料名称纯度
化学式
分子量来源
Ti()为主,进行了大量研究121。
无水こ醇9.9%CH:CH2OH46.07科龙化エ
热电器件的制作需要n,p型材料相匹配,现阶段聚乙烯醇分析纯[CH2CHOH
科龙化工
p型的热电性能明显优于n型,所以研究n型热电材三氧化钨9.9%
231.85上海怔信
料是十分必要的。WO3作为n型热电材料的一种,同氧化年99.9%
上海恒信
时我国的钨矿资源丰富,在对WO2研究的同时,也提二氧化钛99.9%
Tio
79.87上海信
升了对应矿藏的经济附加值。
表2列出了实验过程中所用到的主要的仪器设备
x收到初稿日期:2014-09-03
收到修改稿日期:2015-01-05
通讯作者:董翔,E-mail:menghuan20la(163,.com
作者简介:陈汉军(1961ー),女,陕西汉中人,副教授,学土,主要从事物理实验方面研究。