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摘要钴基氧化物Ca3Co4O9作为一种新型的热电材料，具有化学稳定性好，无毒无污染，使用温度高等特点，并且由于其独特的层状结构，能够进行元素掺杂和复合，对于提高其热电性能有很大的帮助，而Cu2O是一种重要的P型金属氧化物半导体，成为了很好的复合物。研究发现，Ce掺杂能够降低Ca3Co4O9的热导率，并且Ca2.9Ce0.1Co4O9表现出的热电性能最优，所以本文采用Ca2.9Ce0.1Co4O9作为基质材料，使用不同质量百分比的Cu2O(x=1%,x=1.5%,x=2%)进行纳米复合，通过X射线衍射分析，透射电子显微镜对样品进行结构形貌表征，利用物理性能测试仪（PPMS）测量热导率，热电势以及电阻率等热电性能数据，在4到350K下进行分析比较。研究发现Cu2O的复合能够降低其热导率，并且在高温区间提高其热电动势，但由于电阻过高，没能得到较好的热电优值ZT。23733
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关键词：热电材料 Ca3Co4O9 Cu2O 纳米复合 热电性能
毕业设计说明书（毕业论文）外文摘要
Title Thermoelectric properties of a new nano-composite
semiconductor thermoelectric material.
Abstract
The cobalt-based oxide, Ca3Co4O9, is a new type of thermoelectric materials, it has several advantages, such as good chemical stability, non-toxicity, non-pollution and a high usage temperature. What’s more, because of its unique layered structure, dopant or composite has a great influence of increasing the thermoelectric properties. Then, as an important p-type metal-oxide semiconductor, Cu2O is a good compound. Recent studies show that Ce-doping can reduce the thermal conductivity of Ca3Co4O9，and when the doping concent is 0.1%，the sample has the best thermoelectric properties. So in this paper we use Ca2.9Ce0.1Co4O9 as basis material, and composite different concentration of nano-Cu2O (x=1%, x=1.5%,x=2%). Then we study surface features by x-ray diffraction analysis, transmission electron microscopy and thermo-power, thermal conductivity, and electrical resistivity by a physical property measurement system (PPMS) from 4 to 335 K. As a result, the composite of Cu2O reduce the thermal conductivity, although because of the high resistance, The figure of merit is not so good.
Keywords thermoelectric material Ca3Co4O9 Cu2O nano-composite
thermoelectric material
目 次
1 绪论 1
1.1热电材料简介 1
1.2热电学基本理论 1
1.3常见的热电材料 3
1.4热电材料纳米复合的研究现状和意义 7
2 纳米复合热电材料的制备 8
2.1实验试剂 8
2.2实验设备 8
2.3制备方法 8
2.4试样制备工艺流程 9
3 实验结果分析 10
3.1晶体结构和形貌表征 10
3.2热电性能分析 12
3.3实验存在的问题 17
4. 结论和展望 18
参考文献 19
致 谢 21
1 绪论
1.1热电材料简介
近年来，热电材料得到了越来越多的关注，在热能和电能交换的领域，热电材料既有可能代替氟利昂利用电能制冷又能利用废热产生的温差进行发电。在当下能源紧缺的情况下，如何通过良好的热电材料来实现余热的利用，是人们研究的重点，所以如何获得具有优良性能的热电材料也是我们这一课题研究的方向。本世纪30年代，随着固体物理学，尤其是半导体物理的不断发展与应用，热电材料把人们的视线从金属上吸引到了性能更为优良的半导体材料上来，特别是到了20世纪50年代，前苏联半导体专家Ioffe[1]发现，与金属材料相比，半导体材料的热电转换效率要高的多，这一结果被证实之后，在全世界范围内出现了对半导体热电材料的研究狂潮。
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