《鈣鈦礦型氧化物熱電材料熱導率的復相控制》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由余大斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鈣鈦礦型氧化物熱電材料熱導率的復相控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：余大斌
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在能源危機和環境污染的兩大背景下，具有高溫穩定、綠色環保特性的鈣鈦礦型氧化物熱電材料的重要價值日益凸顯。但是這類氧化物因氧負離子的高聲子頻率等因素導致了高熱導率，這是其熱電轉換效率低的主要原因之一，也是目前期望突破的一個重要研究方向。本項目就這一問題開展專門研究，擬利用復相界面的強聲子散射作用，探索對鈣鈦礦型氧化物熱導率進行控制的有效途徑。本項目將從復相材料的可控合成著手，利用非水溶膠-凝膠過程-溶劑熱控制生長和真空快速熱壓控制燒結的兩步控制法，控制合成以鈣鈦礦型氧化物為基相的分散相粒子可控、相界面清晰、緻密度高的復相材料；通過對分散相納米粒子的控制實現對復相界面的控制，設計單位質量材料中復相界面的定量分析方案，建立微觀的復相界面結構和巨觀的熱導率之間的數學關係，研究兩者之間的演變規律，獲得復相界面對熱導率的控制條件。通過本項研究，為這類氧化物的改性和套用研究提供一定的技術途徑和理論支持。
結題摘要
在能源危機和環境污染的兩大背景下，具有高溫穩定、綠色環保特性的鈣鈦礦型氧化物熱電材料的重要價值日益凸顯，但是這類氧化物因氧負離子的高聲子頻率等因素導致了高熱導率，這是其熱電轉換效率低的主要原因之一。本項目通過復相界面實現對鈣鈦礦型氧化物熱導率的控制，研究結果如下：（1）在溶劑熱條件下，通過對合成參數控制，成功地控制了具有單分散的鈣鈦礦複合氧化物和簡單氧化物納米粒子，為進一步的熱電材料的合成奠定了基礎。此外，在控制合成這些簡單納米粒子過程中，獲得了一系列具有新穎的微納米結構。（2）鑒於氧化銦的高導電性，六方相的氧化銦納米粒子作為摻雜相， 目的是提高熱電材料的導電性，同時產生復相的界面。在研究過程中，我們首次發現了六方相氧化銦納米晶在受熱條件下變為立方相以及晶體的聚集行為。當溫度高於600℃時，六方相氧化銦納米晶表現出熱不穩定性並轉化為立方相，同時伴隨著晶體集聚生長和光學特性的演變。（3）我們在控制合成具有單分散納米粒子的同時，獲得了一系列線狀、帶狀、寶石狀、花狀甚至箭頭狀的錳酸鹽微納米結構。在此基礎上，我們對它們的電磁學特性進行了分析，發現錳酸鈣、錳酸鍶和錳酸鋇納米線在低溫條件下具有鐵磁-反鐵磁的競爭效應，他們的磁強度隨陽離子半徑的增大而顯著增強。（4）在控制合成鈦酸鈣納米粒子過程中，我們成功地合成了具有規則幾何形狀、維度可調的鈦酸鈣微米晶。該微米晶可分為管狀和非管狀結構，兩者又可以進一步分為一維、二維、三維微米結構。鈦酸鈣微米晶的形成機理進行了研究，認為高度對稱的外延生長賦予了鈦酸鈣微米晶的規則幾何外形：相鄰{111}面的快速生長的疊加產生了一個四方結構，而被限定在三個相互垂直方向的外延生長形成了一個正交結構。（5）以SrTiO3納米粉體為基相，納米尺寸的In2O3為摻雜相，採用真空快速熱壓燒結的方法，獲得新型的納米復相熱電材料。結果表明，當材料的組成為（In2O3）0.08/(SrTiO3)0.92時，熱電性能得到較大程度地改進。當溫度為973K時，該材料與沒有摻雜的SrTiO3材料相比，ZT值提高了150%。（6）在錳酸鹽納米粒子的控制合成基礎上，製備了Ca1−ySmyMnO3復相熱電材料，並以其為n-型半導體材料，研製了兩個電對的熱發電器件。在溫差為525k時，該器件的最大發電功率和電能密度分別可達37mW和127.6 mW/cm2。
