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【技术实现步骤摘要】
:本专利技术涉及一种高性能氧化锌基复合热电陶瓷及其制备方法,属于新能源材料领域。
技术介绍
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技术介绍
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1、在当前化石燃料资源不断减少的情况下,我们不可避免地需要转向可再生能源来满足能源需求。固态热电发电机(tegs)是一种利用塞贝克、玻尔帖和汤姆逊效应将温度梯度转化为电能的设备。这种发电机可以将发电厂、工厂、机动车辆、电脑甚至人体所产生的废热转化为电能。热电能量转换的性能主要取决于热电材料在工作温度下的输运性质。为了评价材料的热电性能,我们通常使用无因次优值zt=s2σt/κtot。其中,s代表塞贝克系数,σ代表电导率,κtot代表总导热系数,t代表绝对温度。因此,出色的热电材料需要同时具备高功率因数(s2σ)和低导热系数。
2、从合金到氧化物甚至聚合物,研究人员已经尝试了各种化学成分来获得高热电性能的材料。目前,在中高温区域,高性能的热电材料通常由有毒有害或价格昂贵的原材料制备而成,如bi2te3、pbte和si-ge等传统材料。但是,这些传统材料在高温下的耐久性和化学稳定性不佳,限制了它们在实际应用中的可行性。研究表明,氧化物热电材料能够在高温区域发电,并且具有环境友好、热稳定高等优点,近年来,引起了研究者的广泛关注。
3、钙钛矿结构材料(如srtio3、camno3)、层状钴氧化物和氧化锌是近年来研究最多的热电氧化物,考虑到钙钛矿结构材料和层状钴氧化物通常需要掺杂稀土元素,价格高昂。而氧化锌基热电材料,具有成本便宜、制备简单的优点,被认为是目前最有潜力的氧化物热电材料之一。
...【技术保护点】
1.一种制备高性能ZnO基复合热电陶瓷的方法,其特征在于,具体步骤如下:采用水热法合成形貌规则、颗粒度均匀的Zn1-xFexO粉体,再采用超声振动和热搅拌在基体颗粒表面上覆盖一层乙炔黑导电网络,经冷却干燥后得到的粉体在压力成型后,采用氩气气氛管式炉中烧结出致密、高稳定性的ZnO基复合陶瓷。Fe掺杂和C包覆能有效提高样品的载流子浓度,而且C包覆增强了晶粒之间的连通性,导致载流子迁移率也得到提高。同样的Fe掺杂和C复合还通过增强点缺陷和界面声子散射,显著降低了晶格热导率。两种方法产生的协同效应对电导率和热导率的影响使功率因数和ZT值的大幅提升。最终该FZO/C热电陶瓷的电导率在1000K可达到1002.09Scm-1,800K的最高热电优值为0.997。
2.根据权利要求1所述的ZnO基复合热电陶瓷的制备方法,其特征在于:水热法合成形貌规则颗粒度均匀的Zn1-xFexO粉体(粒径10nm-2μm),所采用的锌源为乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌中的一种,浓度为0.35-1.25mol/L;掺杂所使用的是九水合硝酸铁,x为0.001-0.005,复合所使用的增强相是乙炔黑,根据ZnO
3.根据权利要求1所述的ZnO基复合热电材料的制备方法,其特征在于:形貌规则、颗粒度均匀的ZnO前驱体粉末置于陶瓷坩埚中,进行热处理,在流动的空气条件下以5-10℃/min的升温速率加热到400-500℃,保温35-60min后随炉自然冷却。
4.根据权利要求1所述的ZnO基复合热电陶瓷的制备方法,其特征在于:在Zn1-xFexO粉体颗粒上均匀覆盖乙炔黑生成导电网络时,超声振动60min后,采用磁力热搅拌,反应时间为2h,保持在70℃。反应结束自然冷却到室温后,采用去离子水和无水乙醇离心洗涤4-6次,然后再60-80℃真空干燥8-12h,获得FZO/C粉体。
5.根据权利要求1所述的ZnO基复合热电陶瓷的制备方法,其特征在于:电动压片机压力成型ZnO/C粉体的压力为1-4Mpa,保压1-2min,得到具有一定形状、尺寸的块体。
6.压力成型后将压坯置于氩气气氛管式炉中烧结,以5-20℃/min的升温速率升温至800-1200℃并保温35-60min,保温结束后,以5℃/min的速率降温至500℃后随炉冷却至室温,得到复合陶瓷。
...【技术特征摘要】
1.一种制备高性能zno基复合热电陶瓷的方法,其特征在于,具体步骤如下:采用水热法合成形貌规则、颗粒度均匀的zn1-xfexo粉体,再采用超声振动和热搅拌在基体颗粒表面上覆盖一层乙炔黑导电网络,经冷却干燥后得到的粉体在压力成型后,采用氩气气氛管式炉中烧结出致密、高稳定性的zno基复合陶瓷。fe掺杂和c包覆能有效提高样品的载流子浓度,而且c包覆增强了晶粒之间的连通性,导致载流子迁移率也得到提高。同样的fe掺杂和c复合还通过增强点缺陷和界面声子散射,显著降低了晶格热导率。两种方法产生的协同效应对电导率和热导率的影响使功率因数和zt值的大幅提升。最终该fzo/c热电陶瓷的电导率在1000k可达到1002.09scm-1,800k的最高热电优值为0.997。
2.根据权利要求1所述的zno基复合热电陶瓷的制备方法,其特征在于:水热法合成形貌规则颗粒度均匀的zn1-xfexo粉体(粒径10nm-2μm),所采用的锌源为乙酸锌、硝酸锌、硫酸锌中的一种,浓度为0.35-1.25mol/l;掺杂所使用的是九水合硝酸铁,x为0.001-0.005,复合所使用的增强相是乙炔黑,根据zno粉体的0.1...
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