[發明專利]Ca3Co4O9/Bi2Ca2Co2Oy復合熱電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610006269.X
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105514257B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 金應榮;賀毅;龔鵬;馮寧博;蘇敏;劉旭冉;李樹艷;魯云;欒道成;吳曉春
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: H01L35/14
• 分類號: H01L35/14;H01L35/18;H01L35/34
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 李進

技術領域

本發明涉及熱電材料工程領域，具體而言，涉及一種Ca₃Co₄O₉/ Bi₂Ca₂Co₂O_y復合熱電材料及其制備方法。

背景技術

熱電材料是一類能夠實現熱能與電能直接轉換的功能材料。熱電材料的性能用無量綱熱電優值ZT表示：ZT值越大，材料的熱電性能就越好。其中S是材料的Seebeck系數，σ是材料的電導率，κ是熱導率，T是絕對溫度。PF＝S²σ稱為材料的功率因子。

Ca₃Co₄O₉是一種具有層狀結構的氧化物熱電材料，在平行于層面的ab面內具有較大的電導率，在垂直于層面的c軸方向電導率較低。Ca₃Co₄O₉單晶體的無量綱熱電優值ZT值可以達到0.8，但制備大尺寸的Ca₃Co₄O₉單晶體非常困難；Ca₃Co₄O₉粉體是薄片狀的，流動性較差，采用放電等離子體方法或熱壓方法能夠制備出具有良好取向特性的Ca₃Co₄O₉陶瓷，其ZT值可以達到0.5甚至更高，但還不能滿足工業應用要求。Ca₃Co₄O₉的電導率σ較低是影響其熱電性能的重要原因，摻雜可以提高其電導率，但Seebeck系數也會降低，因而不能有效地改善Ca₃Co₄O₉的熱電性能。將Ca₃Co₄O₉與銀等具有良好導電性能的材料復合，雖然提高了電導率，但也顯著降低了 Seebeck系數，所以與導電性能良好的金屬復合，也很難改善 Ca₃Co₄O₉材料的熱電性能。

Bi₂Ca₂Co₂O_y也是一種具有層狀結構的氧化物熱電材料，同樣在平行于層面的ab面內具有較大的電導率，在垂直于層面的c軸方向電導率較低。Bi₂Ca₂Co₂O_y的電導率雖然比Ca₃Co₄O₉的還低，但 Seebeck系數較大，將其與Ca₃Co₄O₉復合形成復合材料，便于對 Seebeck系數和電導率進行調控，有利于得到具有良好性能的熱電材料。

有相關資料報道，以Bi₂O₃為助溶劑，采用光學浮區法生長的 Ca₃Co₄O₉/Bi₂Ca₂Co₂O_y復合熱電材料具有良好取向特性，其功率因子可以達到0.3，但熱導率κ也顯著提高了，ZT沒有得到有效提高。

因此，如何研究出一種ZT值較高的Ca₃Co₄O₉基復合熱電材料，已成為亟待解決的技術難題。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的第一目的在于提供一種Ca₃Co₄O₉/Bi₂Ca₂Co₂O_y復合熱電材料，所述的復合熱電材料電導率較高、Seebeck系數較大、熱導率較低，相對單一的Ca₃Co₄O₉材料熱電性能顯著提高。