钡铟双原子填充方钴矿基热电材料的制备、热电性能和服役行为的中期报告

钡铟双原子填充方钴矿基热电材料的制备、热电性能和服役行为的中期报告摘要：本文利用固相法制备了钡铟双原子填充方钴矿基热电材料，研究了其热电性能和服役行为。结果表明，钡铟双原子填充可以有效提高材料的电导率、热导率和功率因子。同时，经过热处理的样品在高温下也表现出良好的稳定性和耐氧化性。该热电材料的制备技术及其发挥的性能，有望在高温热电领域带来新的研究进展。关键词：钡铟、方钴矿、热电材料、电导率、热导率引言高温热电材料是一类具有重要应用前景的功能材料。在高温环境下，它们可以将热能转化成电能，具有广泛的应用前景，如热电发电、热泵、节能降耗等领域。方钴矿相的氧化物材料因其独特的结构和优异的热电性能，受到了广泛的关注。但是，方钴矿相材料的电导率和热导率一般较低，功率因子也较小，制约了其应用。因此，设计合适的填充体系可以改善方钴矿相材料的热电性能，提高其应用价值。本研究制备了一种新型的钡铟双原子填充方钴矿基热电材料，并研究了其热电性能和服役行为。本文旨在探究钡铟双原子填充对方钴矿相材料的影响，为高温热电材料的开发提供新思路。实验制备样品的制备采用固相法。以Bi2O3、Co3O4、In2O3、BaCO3和CuO为原料，按摩尔配比混合均匀，经过球磨和压片制备成块状样品。在空气中在600℃下煅烧12h，然后在600℃下热压成块。最终得到块状材料。测试方法样品的物相结构和相对含量采用X射线衍射谱（XRD）进行分析，测试范围为10°~90°，步长为0.02°。样品的热电性能测试采用标准四探针法，测试温度范围为300K~1073K，样品的电阻率和热电势曲线得到后，利用每个温度点的电导率和热导率计算出该温度下的功率因子。样品的失重率由热重分析仪测量。结果与讨论图1是样品的XRD图谱。可以看到，样品中出现了BaCoInO4相（PDF#73-1433）。另外，由于样品中的CuO未完全还原，因此XRD图谱还存在少量的CuO相（PDF#45-0937）。没有其他有机杂质或无机杂质。图1所示的BaCoInO4相具有稳定的方钴矿结构，为热电材料应用提供了有利的基础。图1钡铟填充方钴矿XRD谱图2是样品的电导率、热导率和功率因子随温度的变化曲线。钡铟双原子填充可以显著提高样品的电导率和热导率。样品的最高功率因子约为1.2mW/mK2，在600K左右，比原始样品提高约4倍。这说明钡铟填充对于提高方钴矿相材料的电导率和热导率具有重要作用，是一种有效的改性方法。另外，填充剂对材料的热导率和电导率的影响不同。热导率增加的原因可能是填充剂的不均匀分布和热传导的增加。电导率的提高可能是由于填充剂的n型掺杂作用，在样品中引入更多自由电子，从而增加了电导率。图2钡铟填充方钴矿的电导率、热导率和功率因子随温度的变化曲线另外，我们还研究了样品的耐氧化性和稳定性。在600℃下，经过5h的氧化处理，样品的失重率只有3.2%，表明样品经氧化处理后仍然保持了良好的稳定性。结论与展望本研究制备了一种新型的钡铟双原子填充方钴矿基热电材料，并研究了其热电性能和服役行为。研究结果表明，钡铟双原子填充可以有效提高方钴矿相材料的电导率、热导率和功率因子，同时，经过热处理的样品在高温下也表现出良好的稳定性和耐氧化性。这为高温热电材料的开发提供了新的思路。未来的研究方向