[發明專利]鑭和鏑共摻雜SrTiO3陶瓷材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010147835.1
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN101798215A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 王洪超;王春雷;蘇文斌;劉劍;孫毅;梅良模
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C04B35/47
• 分類號: C04B35/47;C04B35/622
• 代理公司: 濟南圣達專利商標事務所有限公司 37221
• 代理人: 王立曉

技術領域

本發明涉及一種摻雜SrTiO₃陶瓷材料及其制備方法，屬于功能材料技術領域。

背景技術

[0002]隨著人類社會的工業化，全球性的環境惡化和資源危機正日益威脅著社會的長期穩定發展，人們迫切需要綠色的新興能源取代傳統的化石燃料。因此熱電材料引起了科研工作者們的興趣。熱電材料是一種利用固體內部載流子運動實現熱能和電能相互轉換的功能材料，在溫差發電和低溫制冷方面有廣泛的應用前景。熱電材料的性能主要取決于材料的無量綱的熱電優值系數ZT，ZT值越大，能量的轉換效率越高。

氧化物熱電材料與合金材料相比具有價格低廉、制備工藝簡單和無重金屬等優勢。自1997年日本學者Terasaki首次發現了P型鈷酸鈉單晶具有很高熱電性能，其熱電優值系數為0.8，可以與合金熱電材料相媲美。因此氧化物成為熱電材料發展的主要方向之一。目前報道的P型氧化物熱電材料鈷酸鈉、鈷酸鈣單晶已經達到了較高的熱電性能。為了實現溫差發電，必須研發與P型氧化物熱電材料相匹配的N型材料。但是，目前N型氧化物材料的熱電性能相對較差，有許多科學問題亟待解決，其熱電性能也有待提高。當前N型氧化物熱電材料主要集中在鈦酸鍶基和錳酸鈣基熱電材料。其中鈦酸鍶基外延膜材料已經得到了熱電優值系數0.37，成為N型氧化物材料中最高的參數。于是鈦酸鍶基熱電材料成為更具有潛力的N型氧化物熱電材料。

在已有的報道中有鑭（La）摻雜鈦酸鍶基氧化物熱電材料(見專利CN101423243A)，有摻銦鈦酸鍶材料(見專利CN1303958A)，還未見有鑭（La）和鏑（Dy）共同摻雜的。

發明內容

本發明的目的是提供一種鑭和鏑共摻雜SrTiO₃陶瓷材料，該類材料與單元素摻雜相比，鑭和鏑共摻雜大幅度降低了電阻率，提高功率因子，同時有效地降低了熱導率，提高了材料熱電優值系數ZT，即：提高了熱電發電的轉換率。得到最大熱電優值系數0.36，是目前報道的N型氧化物熱電塊體材料中最高的數值。

本發明的另一目的是提供該種陶瓷材料的制備方法。

本發明采取的技術方案為:

一種鑭和鏑共摻雜SrTiO₃陶瓷材料,它的分子式為La_0.1-xDy_0.1+xSr_0.8TiO₃，其中0≤x≤0.10。

鑭和鏑共摻雜SrTiO₃陶瓷材料的制備方法，包括如下步驟：???????????

（1）按所需比例稱量La₂O₃、Dy₂O₃、SrCO₃和TiO₂，配料，以酒精為磨介球磨，將球磨后漿料烘干后壓成大片；

（2）將壓成的大片在1200-1500℃下保溫5-7h預燒合成，將預燒的大片進行粉碎研磨，再球磨，將球磨后的漿料烘干后加入粘合劑造粒，然后壓成薄片；

（3）將壓成的薄片在500-700℃下排膠，然后在氫氬還原氣氛、1400-1500℃下燒結，保溫3-5h，制備出La_0.1-xDy_0.1-xSr_0.8TiO₃陶瓷樣品。

步驟（1）所述的大片為直徑25-30mm，厚度5-6mm的圓片。

步驟（2）所述的粘合劑為聚乙烯醇，每克干漿料所需量為：0.07ml。所述的薄片為直徑25-30mm，厚度3-4mm的圓片。

步驟（1）和步驟（2）所述的球磨均為磨10-15小時，在100℃下烘干3小時。

鑭（La）摻雜可以得到與合金材料相當的功率因子，鏑Dy摻雜可以有效的降低材料的熱導率，本發明有效地保持了La_0.1-xDy_0.1+xSr_0.8TiO₃陶瓷樣品的功率因子，得到了最大功率因子1318μW/K²m；同時有效的降低了樣品的熱導率，得到最低熱導率2.3W/mK；La和Dy的重摻雜有效的提高了SrTiO₃基陶瓷樣品的熱電性能，得到最大熱電優值0.36。

附圖說明

圖1為本發明陶瓷樣品的XRD圖；

圖2為本發明陶瓷樣品的SEM圖，其中a,b,c,d分別為x=0.02,0.05,0.08,0.10的樣品晶粒形貌；

圖3為本發明陶瓷樣品的電導率；