外磁场作用下Ag、Sr和Bi掺杂的Ca3Co4O9+δ基材料的制备及电输运性能

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lz261433
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本文采用溶胶-凝胶与热压烧结相结合,并在合成和预压的过程中引入外磁场的方法制备出金属Ag,Sr单掺和Ag与Bi共掺的Ca3Co4O9+δ基材料。利用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM)和能谱测试(EDS)对材料的微观形貌和物相进行了分析和表征。测量材料在473K~1023 K温度范围内的Seebeck系数S、电阻率ρ随温度的变化情况,通过PF计算研究掺杂元素含量和外加磁场对材料电输运性能的影响规律。通过分析XRD图谱中的物相,衍射峰位偏移以及计算出的晶格参数,表明Sr和Bi完全掺杂进入Ca3Co4O9+δ基材料晶格中,而Ag不仅掺杂在材料晶格中,而且作为金属相进入了晶格间隙中。对比不同含量样品的SEM图像,发现相比于无磁场的样品,外加磁场样品层状微观结构更加明显,取向也更加一致,说明了外加磁场能够促使样品的微观内部结构产生择优取向。综合考虑电阻率和Seebeck系数两者最优组合,以获得相对最大的功率因子PF值,通过对金属Ag,Sr单掺和Ag与Bi共掺Ca3Co4O9+δ基材料的电性能研究表明,所有样品的PF值均随温度升高而增长,在温度为1023 K存在最大值。对于无外加磁场样品,金属Ag,Bi掺杂对PF影响不大,而金属Sr掺杂会使PF降低。另外,外加磁场样品的PF值都比无外加磁场样品更大。Ag单掺样品中,外加磁场的Ca2.75Ag0.25Co4O9样品具有最大PF值0.22 mWm-1K-2,高出纯Ca3Co4O9样品31%。Ag与Bi共掺样品中,外加磁场下的Ca2.85Ag0.25Co3.95Bi0.05O9样品具有最大PF值0.23mWm-1K-2,高出纯Ca3Co4O9样品35%。Sr单掺样品中,外加磁场的Ca3Co4O9具有最大值0.17mWm-1K-2,高出纯Ca3Co4O9样品6%。因此,外加磁场是一种有效提高电输运性能的方法。
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