[发明专利]一种钴酸钙热电材料粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电材料粉体的制备方法，特别涉及一种钴酸钙热电材料粉体的制备方法。

背景技术

近年来，氧化物热电材料的研究引起了越来越多的研究者的兴趣。目前虽然一些合金材料，如Si-Ge，β-FeSi₂，Bi₂Te₃等的热电优值比较高，但都存在高温性能不稳定、易氧化和材料价格较高的缺陷，而大多数氧化物材料的品质因子的最高峰都出现在高温区，且温度超过1000K时一般都可正常工作。而且氧化物热电材料还具有种类广泛、易于合成和成本较低等优势。

钴酸钙是一种极具发展潜力的氧化物热电材料，其中Ca₂Co₂O₅与Ca₃Co₄O₉是研究热点，它们具有相似的复杂的层状结构，由岩盐结构的Ca₂CoO₃和CdI₂型的CoO₂层沿c轴堆叠交替排列而形成的。Ca₂Co₂O₅的制备方法一般有固相反应法和溶胶-凝胶法。固相反应法存在需长时间研磨混合，热处理温度较高处理时间较长，产物组成、结构和颗粒分布等方面存在较大差异，材料的热电性能不高的缺点；而传统的溶胶-凝胶法一般使用有机络合剂，存在消耗大量有机酸(醇)，成本较高的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，且成本较低，通过经改良的溶胶-凝胶法合成化学均匀性好、颗粒尺寸分布均匀的钴酸钙(Ca₂Co₂O₅)热电材料粉体的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先以分析纯的硝酸钴、硝酸钙为原料，按硝酸钴和硝酸钙为1∶1的摩尔比混合；然后在混合物中加入质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液作为胶凝剂，生成产物Ca₂Co₂O₅与聚乙烯醇水溶液的质量比为1∶6，充分搅拌至透明溶液；其次将透明溶液在60～100℃下加热至成溶胶状，然后在100～130℃下干燥10～14小时成干凝胶；最后将干凝胶研磨过150～250目筛，在550℃～950℃下煅烧1～3小时制得Ca₂Co₂O₅热电材料粉体。

本发明利用价格便宜的聚乙烯醇(PVA)水溶液作为胶凝剂，并未使用其他有机络合剂制备出化学成分均匀的Ca₂Co₂O₅热电材料粉体，粉体颗粒尺寸在1～2μm均匀分布，在适当范围内，煅烧温度越高越有利于晶体生长。

具体实施方式

实施例1，首先以分析纯的硝酸钴、硝酸钙为原料，按硝酸钴和硝酸钙为1∶1的摩尔比混合；然后在混合物中加入质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液作为胶凝剂，生成产物Ca₂Co₂O₅与聚乙烯醇水溶液的质量比为1∶6，充分搅拌至透明溶液；其次将透明溶液在80℃下加热至成溶胶状，然后在120℃下干燥11小时成干凝胶；最后将干凝胶研磨过150目筛，在550℃下煅烧3小时制得Ca₂Co₂O₅热电材料粉体。

实施例2，首先以分析纯的硝酸钴、硝酸钙为原料，按硝酸钴和硝酸钙为1∶1的摩尔比混合；然后在混合物中加入质量分数为8％的聚乙烯醇水溶液作为胶凝剂，生成产物Ca₂Co₂O₅与聚乙烯醇水溶液的质量比为1∶6，充分搅拌至透明溶液；其次将透明溶液在60℃下加热至成溶胶状，然后在100℃下干燥14小时成干凝胶；最后将干凝胶研磨过250目筛，在700℃下煅烧2小时制得Ca₂Co₂O₅热电材料粉体。