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摘要
CaTiO3是一种新兴的高温氧化物热电材料,但多种元素掺杂对其微观结构与热电性能的影响规律尚不清晰。本研究采用水热法结合真空热压烧结分别制备了Cr、Nb、Eu、Dy、Ce与La六种不同元素掺杂的CaTiO3多晶块体样品。Cr掺杂导致大量纳米级Cr相析出,由于基体中施主元素含量过低,功率因子严重损失,其ZT仅为0.012(983 K)。Eu掺杂并未为基体提供施主载流子,导致ZT提升不明显,仅为0.141(1031 K)。Nb掺杂导致高热导的微米级Nb相析出,热导率上升,但基体中Nb含量较多为基体提供了载流子,使其ZT有明显改善,达到0.263(1013 K)。Dy、Ce与La掺杂则既提供载流子又作为点缺陷散射声子,既提高了功率因子又降低了晶格热导率,极大地提升了热电性能,ZT在1031 K分别达到0.357、0.398、0.329,比纯CaTiO3(0.096)分别提升了296%、342%、265%。其中,Dy掺杂的样品在整个温度测试范围内具有最低的晶格热导率和较高的功率因子,通过调控Dy含量与晶界处富集第二相的含量,可以解耦电和热传输性能,有望刷新目前CaTiO3的ZT记录。本研究揭示了多种元素掺杂条件下CaTiO3的成分-结构-性能联系,为其在高温热电领域的应用提供了理论支撑。
- 出版日期2023
- 单位大连理工大学
