钴酸盐类氧化物热电材料的研究进展

氧化物热电材料是半导体热电材料中的一种,具有独特的优点和广阔的应用前景,介绍与其研究相关的基础理论,并讨论了改善热电性能的途径。钴酸盐类氧化物中的NaCo2O4、Ca3Co4O9和Ca3Co2O6处于氧化物热电材料的研究前沿,综述了它们的晶体结构、制备方法、元素掺杂、热电性能及影响因素,探讨了其进一步的发展方向。

矿物粉体改性效果预评价

为了与高分子材料进行复合 ,需要对硅灰石粉、滑石粉和云母粉进行表面改性。根据改性前后各矿物粉体的粒度分布、比表面积、表面电性、润湿性和表面官能团等理化性能的变化 。

Ca3Co4O9的电子结构、化学键及热电性能

Ca_3Co_4O_9是一类很有希望的新型氧化物热电材料,用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了失配层钴酸盐Ca_3Co_4O_9的电子结构和化学键,讨论了它们与热电性能之间的关系。结果表明,Ca_3Co_4O_9属于窄带半导体,在费米能级附近Co 3d主要对导带贡献,O2p主要对价带贡献。Ca_2CoO_3层中Co-O键表现出明显的各向异性特征,在c轴方向上化学键比ab-面方向上强。Ca连接了CoO_2和Ca_2CoO_3层的相互作用,Ca与周围O原子的弱结合有可能导致材料的低热导率。

柠檬酸盐溶胶凝胶法合成Ca_3Co_2O_6陶瓷粉末

Ca3Co2O6是一种很有潜力的氧化物热电材料。研究了柠檬酸盐溶胶凝胶法制备Ca3Co2O6氧化物粉末,并应用TG/DSC、XRD和SEM等方法进行了测试研究。干凝胶在700℃煅烧就可以生成片状的Ca3Co4O9晶体,随着煅烧温度的升高,在850℃保温2 h的条件下,Ca3Co4O9可以全部转化为条状的Ca3Co2O6晶体。pH值、乙二醇的加入与煅烧温度是影响制备过程的主要因素。乙二醇的使用可以减轻团聚现象,有利于预烧阶段的自燃烧,对晶相的生成没有多大影响。

声子玻璃电子晶体和低维热电材料的研究进展

声子玻璃电子晶体(PGEC)材料和低维材料是2种很有发展前景的热电材料。对这两类材料的热电性能和理论研究进行了较为详细的论述。

Pb掺杂对Bi-Ca钴酸盐热电材料电子结构的影响研究

采用密度泛函离散变分方法计算了Pb掺杂Bi位对EBi1．68Ca2O4]RS[CoO2]1．6。的电子结构和化学键的影响，并讨论了它们与热电性能之间的关系。计算结果表明，掺Pb体系的电子结构表现出半导体特征，与未掺杂的相比，能隙变窄；掺Pb后，在-4．5～1．8eV的能量范围内，高能态Co3d与低能态O2p存在着杂化作用，Pb6p在费米能级附近的贡献增强。通过计算键级和分子波函数轨道可知，体系的计算键级在曲面和C轴方向表现出各向异性特征，掺Pb后，Co-O、Pb（Bi）-O均比未掺杂体系减弱，而Bi（Pb）-Bi的键性增强。由此推断，掺Pb体系的热电性能将有所改善。

Ca_3Co_2O_6与掺铜体系的量子化学计算

采用离散变分密度泛函方法计算了Ca3Co2O6及掺铜体系,讨论了电子结构、化学键等与热电性能之间的关系。结果表明,一维Co-O链对材料的电学性能起着主导作用,Ca-O之间的弱结合导致材料具有较低的热导率。价带和导带主要由Co3d、Cu3d和O2p原子轨道贡献,价带和导带之间的能隙宽度表现半导体电子结构特征,且掺铜体系的能隙变窄,离子键和共价键减弱。由此推断,掺铜后体系的热电性能将有所改善。

高掺量粉煤灰-煤矸石微晶玻璃的研究

在基础玻璃配方中掺入不同比例的粉煤灰和煤矸石,试制微晶玻璃,分析影响微晶玻璃外观和性能的因素。

层状结构钴酸盐热电材料的理论分析与研究

采用密度泛函离散变分法计算了具有不同中间层的Na-Co-O和Ca-Co-O体系的电子结构和化学键。结果表明,在费米能级附近,两体系均有较强的峰值,且CoO2层中Co 3d和O 2p对价带和导带的贡献表现相似,Co3d在费米能级附近做主要贡献。通过对中间层比较分析可知,Na层中Na-Na之间存在金属键,而Ca2CoO3层则表现出明显的各向异性特征,这些也可从键级计算与波函数图形中看出。两体系的层间分别存在Na-O和Ca-O的弱结合,在NCO体系中还存在Na-Co的键性弱结合。由此可以看出,对两体系Na、Co和Ca的组分调节都将对材料的热学和电学性能产生影响。

理论分析Ca位掺杂对Ca_3Co_2O_6电子结构的影响

通过建立原子簇模型,运用密度泛函离散变分法讨论了Ca3Co2O6及掺Sr体系的电子结构与化学键。掺Sr前后价带和导带之间的能隙宽度表现出半导体特征,且掺Sr后能隙变窄,价带和导带主要由Co3d和O2p轨道贡献,表明一维Co-O链在电学性能方面起主导作用。通过对化学键分析可知,掺Sr后有利于降低Co-O链的键性。由此可知,掺Sr有利于改善Ca3Co2O6的热电性能。

Ca3CO2O6的柠檬酸盐溶胶-凝胶合成、表征及电学性能

具有一维Co-O链的Ca3CO2O6是一类新型高温热电材料。通过柠檬酸盐溶胶-凝胶法合成粉体，采用常压烧结方式制备陶瓷体。结果表明，在700℃煅烧干凝胶就可以生成片状的Ca3CO4O9晶体，随着煅烧温度的升高，在850℃保温2h的条件下，Ca3CO4O9基本转化为短棒状的Ca3CO2O6晶体。Ca3CO2O6为P型半导体，电阻率随着温度的升高而降低，Sccbcck系数随着温度的升高而增加，功率因子也呈现单调增加。

Sr掺杂层状结构氧化物的电子结构与化学键

采用密度泛函离散变分方法计算了Ca位掺杂对Ca3Co4O9的电子结构和化学键的影响,讨论了它们与热电性能之间的关系。结果表明,掺Sr体系的能隙宽度仍表现出半导体特征,与未掺杂的相比,能隙变窄;在费米能级附近主要由体系的Co 3d和O 2p做贡献,在Ca2CoO3和CoO2层,Co 3d对价带和导带的贡献值不同。掺Sr后,通过计算共价键级平均值和分子波函数轨道以及净电荷值可知,体系的共价键级和原子净电荷均比未掺杂体系减弱,且Ca2CoO3层中O原子的电子结构和键级在ab面和c轴方向表现出各向异性特征。由此推断,掺Sr体系的热电性能将有所改善。

Ca_3Co_4O_9的柠檬酸盐溶胶凝胶合成及其电学性能

Ca3Co4O9是一类很有前景的新型氧化物热电材料．通过柠檬酸盐溶胶凝胶法合成粉体原料，采用常压烧结方式制备所需的陶瓷体，结果表明，该种材料在化学合成时处于强酸环境，pH值小于3．把干燥后的前驱物粉末在700℃保温2h条件下煅烧，就可以获得晶型完好的片状晶体．在100～700℃内进行电学性能测试发现，材料属于P型半导体，电阻率随温度的升高而降低，Seebeck系数随温度的升高而增加，功率因子随着温度的升高而增大，且在600℃以后递增幅度加大．

Mg2Si与掺杂系列的电子结构与热电性能研究

用离散变分密度泛函分子轨道方法(DFT-DVM)计算了Mg2Si与掺Sb,Te和Ag系列,讨论了电子结构与热电性能之间的关系.掺杂使得离子键和共价键强度降低,在费米能级附近的能隙变小,从而提高材料电导率,降低材料热导率,优化了材料的热电性能.以上结论与实验结果一致.

不同产地煤系高岭土的矿物学特征及插层复合物的制备

金洋、蒙西和雪纳高岭土化学成分以SiO2和Al2O3为主,K、Na、Ca、Mg含量低,而Fe、Ti含量较高;矿物成分以高岭石为主,还含有少量一水软铝石、石英、蒙脱石等。XRD和IR分析结果表明,金洋和蒙西高岭石的有序度较高,HI结晶指数分别为1.19和1.23,而雪纳高岭石的衍射峰峰形弥散,对称程度差,HI结晶指数仅有0.56。二甲基亚砜和甲酰胺与煤系高岭土相互作用后均能进入高岭石层间并撑大其晶面间距,其中金洋高岭土的插层率最高,雪纳次之,蒙西高岭土的插层效果最差。

利用煤炭固体废物制备微晶玻璃

采用50%以上的煤矸石与粉煤灰废弃物为主要原料,并添加少量的CaO、A l2O3、SiO2、MgO、K2O、Na2O等矿物原料,以CaF2/TiO2为晶核剂,经过1 400~1 500℃熔制、水淬和晶化热处理等过程制备出CaO-A l2O3-SiO2系微晶玻璃。首先对微晶玻璃的CaO、A l2O3、SiO2等成分进行优化设计,用TDA研究核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间及升温速率等热处理工艺参数的影响,采用SEM和XRD分析微晶玻璃的形貌与晶相结构,并检测其密度、吸水率、抗折强度、显微硬度、耐腐蚀性等物理力学性能。所制备的40%SiO2-15%A l2O3-30%CaO（质量百分数）微晶玻璃以黄长石为主晶相,晶粒度约4μm,具有优异的物理力学性能,在建筑材料领域有良好的应用前景。

用粉煤灰和煤矸石制造双层微晶玻璃的研究

论文主要介绍了用煤炭固体废物为主要原料研制双层微晶玻璃的工艺过程,分析了烧制双层微晶玻璃时产生气孔的因素及两层玻璃料的结合这两大难题,提出了相应的解决方法。并确定了煤炭固体废物的适宜加入量。