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《Acta Materialia》:未掺杂多晶CCO材猜中完成最高热电资料ZT值!

时间: 2024-03-19 21:07:40 |   作者: 烟气分析仪

在曩昔几十年里,对传统化石燃料的过度依靠已成为构成现有环境问题的最重要原因之一。为坚持现代社会的

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  在曩昔几十年里,对传统化石燃料的过度依靠已成为构成现有环境问题的最重要原因之一。为坚持现代社会的持续开展,对动力日渐增加的需求是急需解决的基本问题之一。跟着热电资料尖端技术的开展,供给了一种代替战略,运用将工业废热转化为可用电力的优势。长期以来,经过减小颗粒尺度来按捺资料的热导率一向被用于进步纳米结构资料的热电功用。在构成的纳米结构中坚持与其主体资料适当的高电导率,关于决议纳米结构的终究热电功用相同重要。但是,因为固体中的声子传输和电子传输往往彼此依靠,因而并非总能完成。

  来自澳大利亚新南威尔士大学的学者挑选了具有杂乱层状结构的天然块状多晶 Ca3Co4O9+δ来研讨电子和声子体系之间的奇妙相关,这关于杂乱的热电资料来说依然具有挑战性。经过将高能球磨和火花等离子烧结(SPS)相结合,咱们生成了一种带有原位分出物的新式 CCO 基体结构,其间条形 CCO 晶粒构成了三维网络,CO3O4 多面体附着在 CCO 晶粒外表,CaCO3 纳米分出物填充了互联网空间。CCO 晶粒是坚持高电导率的电气通路,而原位沉淀物,尤其是 CaCO3,极大地阻止了具有纳米晶粒的块状 CCO 样品中的声子传输,然后大幅度的降低了热导率。电化学剖析和批改的Debye-Callaway 核算为电荷载流子和声子的传输供给了实质性的了解。CCO-66 样品在 973 K 下完成了创纪录的 0.5 zT 值和 0.496 W m−1 K−1的超低导热系数。迄今为止,这是未掺杂多晶 CCO 资料体系中报导的最高 zT 值。相关作业以题为“Separation of electric and thermal transport with in-situ precipitates matrix in Ca3Co4O9+δ”的研讨性文章宣布在Acta Materialia 。

  图 5. 制备的 CCO 样品的热电功用、霍尔效应和 EIS 剖析。与温度有关的 (a) 塞贝克系数,(b) 电阻率,(c) 973 K 时塞贝克、电导率和载流子浓度之间的彼此依存关系,(d) 和 (e) 由霍尔效应确认的传输特性:室温下的电阻率、霍尔迁移率和载流子浓度,以及 (f) 在奈奎斯特图中进行的 EIS 丈量。

  图 6. 制备的 CCO 样品的热导率。在 389 K 下,运用 Debye-Callaway 模型核算的 CCO 与温度相关的 (a) 总热导率和电子热导率、(b) 声子热导率和 (c) 理论光谱热导率。

  图 7. 所制备的 CCO 样品和最近报导的 CCO 资料的全体热电功用。(a) 所制备的 CCO 样品的温度依靠性 zT 值。(b) 不同粒径的各种最新氧化物资料的 zT 值

  在单一材猜中成功别离电子和声子传输途径是进步热电功用的要害办法。本研讨展现了怎么经过高能球磨、非平衡细密化和火花等离子烧结工艺在块状纳米结构 CCO 陶瓷中完成这一方针。在制成的样品中,纳米尺度和彼此连接的条形 CCO 晶粒的出现是坚持 CCO 高导电性的原因,而在烧结过程中构成的次生相 Co2O3和 CaCO3 纳米晶粒则起到了额定的声子阻挠效果,按捺了样品中的声子热导率。经过全面的微结构/组成特征描述和电/热特性丈量,并在理论建模的支持下,具体论述了制备的块状纳米结构 CCO 样品中声子阻断器和电子传输器之间的奇妙耦合。因而,它将为辅导运用纳米技术操作功用陶瓷的热物理性质供给进一步的启示。(文:SSC)


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