第28卷第7~8期
2009年8月
中国材料进展 MATERIALS CHINA
Vol.28No.7~8
Aug.2009
CasCo4O。热电材料及其Ca位掺杂改性
陈袁魁，张志伟，陈川
（武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室，湖北武汉430070）
摘要：氧化物热电材料Ca,Co,O，与传统热电材料相比具有其独特优势，因面引起了广泛的关注。评述了Ca,Co,O，热电材料的主要结构、热电特性及其Ca位杂研究的进展（掺入Na，Bi，Ag 等），并对Ca,Co,0。热电材料的应用前景进行了展望。
关键调：Ca,CosO。：热电材料；Seebeck系数；电阻率；热导率
中图分类号：TN304.82文献标识码：A文章编号：1674-3962(2009)07-0078-04
Research on Ca-Site Substituted
陈衰触副教投
Thermoelectric Material Ca,Co, O.
CHEN Yuankui, ZHANG Zhiwei, CHEN Chuan
( Key Laboratory for Silicate Materials Science and Engineering of Ministry of Education,
Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)
Abstract : Oxide thermoelectric material Ca, Co, O, has drawn much attention since it has unique advantages in compari son with those traditional ones. The basic structure, thermoelectric properties and doping research ( Na, Bi, Ag, and
etc. ) of thermoelectric material Ca, Co, O, were summarized. Future application of the material was also prospected. Key words : Ca, Co, O, ; thermoelectric material; Seebeck coefficient; electric resistivity:; thermal conductivity
1前言
热电材料是一类能将热能和电能直接相互转化的新型环保功能材料，其在太阳能、地热和工业余热、发电等能源领域有广阔的应用前景，同时在许多场合还能利用热电材料实现高效无污染制冷和加热。热电材料性能的优劣可以用热电晶质因子Z来表征，Z=Sg/k(K-"），其中S为Seebeck系数，即热电系数（V· K-")，α为电导率（S·m-")，k为热导率(W·m-I K-1），由上式可以判断一种性能良好的热电材料应该同时具有高Seebeck系数、高电导率和低热导率。因为 Z、α、k都是温度的函数，故一般又常用热电优值ZT 这一无量纲量来描述材料的热电性能]
Ca,Co,0。作为一种新型氧化物热电材料，与传统热电材料（诸如Bi,Te,，PbTe，SiGe）相比具有其独特的优势，其不仅可以在氧化气氛和高温下长期稳定工作，并且无环境污染，同时制备工艺简单，材料可在空气中
收稿日期：20090630
通信作者：陈袁魁，男，1956年生，副教投
直接烧结完成，无需抽真空，显示出良好的发展前景，因而引起了广泛的关注(3)。已有研究发现，Ca、Co，O 氧可以形成5种不同组成和结构的氧化物(3)，包括 CaCo,O,,Ca,Co,O,,Ca,Co,O.,Ca,Co,O,和 Ca,Coiz O，其中Ca,Co,O，是最有代表性的一种Ca-Co-O系热电材料。
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Ca,CoO。的晶体结构和热电性能
Ca,Co,0。具有失配型层状结构*，其组成可以用
化学式[Ca,CoO,][CoO,].62表示。具体而言是由具有相同a，c，β参数和不同b参数的Ca,CoO，和CoO，层沿c轴交替排列而成。在Ca,CoO，层中，a= 0.483 76 nm, c = 1.083 3nm, β = 98.06°,b,= 0.45565nm，Ca-0和Co-0均是以离子键形式结合[5-6，不能提供导电离子，因此其只作为绝热层以降低材料的热导率。在Co0，层中，6，=0.28189nm，因其可提供空穴，为导电层。CoO，层为八面体结构，Co 原子位于八面体中心，0原子位于八面体的阵点上，多个八面体之间以共棱方式连接，当中的Co配位数为6，而化合价有+3和+4，其位于相邻氧原子的中点，故