[发明专利]一种Ce掺杂CaMnO3热电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种Ce掺杂CaMnO₃热电材料及其制备方法，涉及热电材料领域。

背景技术

由于锰酸钙的有效质量m*较大，因而它的Seebeck系数较高，但是同时导致它的电导率也很低，这使得锰酸钙的热电优值并不高，即热电性能并不良好，有待于改性优化。由于锰酸钙自身的热电性能并不优越，但是它拥有独特的晶体结构和传输特性决定了可以对A、B位进行掺杂来寻求改善其性能的有效方法。从掺杂位置上看来，研究者们对CaMnO₃基热电材料的掺杂主要分为单独掺杂A（Ca）位、单独掺杂B（Mn）位以及A、B位共掺。A位掺杂的元素主要是稀土元素（如Ce、Y、Yb、La、Ho、Nd等），还有部分的主族元素（如Bi、In等）和碱土元素（如Ba、Sr等）；B位掺杂的元素主要包括V、Cu、Cr、Nb等。

发明内容

基于上述思路，本发明的目的在于提供一种Ce掺杂CaMnO₃热电材料，改善热电性能，及成本低、更简单易操作的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种稀土元素Ce掺杂改性CaMnO₃热电材料及其制备方法，通过高温固相反应法制备Ca_1-xCe_xMnO₃热电材料，x=0.02~0.15。所述热电材料的制备方法步骤为：以CaCO₃、MnO₂、稀土氧化物CeO₂按化学配比配料，混合均匀；将所述混合均匀的粉体原料压制成型，压制压力为10MPa；将所述成型材料高温热处理，升温速度为3℃/min，热处理温度为1000℃，保温时间为12h，随后自然冷却，合成原料；将所述合成原料研磨后，加入8wt%的聚乙烯醇作为粘接剂，混合均匀，再次压制成型，压制压力为10MPa，于550℃排胶；最后，高温烧结，烧结温度为1200℃，烧结时间为12h，随后自然冷却，得到所述Ca_1-xCe_xMnO₃热电材料。

有益效果

根据本发明提供的制备方法获得的Ca_1-xCe_xMnO₃热电材料，由于稀土元素的掺杂改性，降低了材料的电阻率，提高了热电品质因子ZT，较之未掺杂时提高了50%左右，有效改善了材料的热电性能。同时，所述制备方法相较SPS（放电等离子烧结法）和sol-gel（溶胶凝胶方法）而言，成本低并且更简单易操作，适合大面积推广。

具体实施方式

实施例1

一种Ca_0.93Ce_0.07MnO₃热电材料，以CaCO₃、MnO₂、CeO₂按化学配比配料，混合均匀，并在10MPa下压制成型；随后1000℃高温热处理12h，升温速度为3℃/min，随后自然冷却；所述材料研磨后，加入8wt%的聚乙烯醇作为粘接剂，混合均匀，再次在10MPa下压制成型，于550℃排胶；最后，1200℃高温烧结12h，随后自然冷却。经检测，在测试温度为700℃时，样品电阻率为7.4×10^-4?·m，Seebeck系数为112μV/K，ZT达到0.08；测试温度为600℃时，功率达到71mW，材料的热电性能得到有效改善。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。