一种La掺杂SrTiO₃基氧化物热电材料与制备方法

摘要

一种La掺杂钛酸锶(SrTiO3)基氧化物热电材料与制备方法，属于能源材料技术领域。该方法分为粉末的合成和块体材料的成型两部分。粉末合成采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁酯、硝酸锶、硝酸镧为原料，去离子水和乙醇为溶剂，醋酸和丙三醇为催化剂和螯合剂，制备不同La掺杂量的SrTiO3凝胶，500～560℃保温1～2小时得到前躯粉体。块体成型采用放电等离子烧结法，烧结条件为：真空度2～10Pa，压力40～50MPa，升温速率100℃/min，烧结温度900～1000℃，保温时间5～10min。该方法在较低的反应温度和较短的反应时间下，合成了化学均匀性高、晶粒均匀细小、单相钙钛矿结构的La掺杂SrTiO3基块体热电材料。具有工艺简便，合成和成型的时间短等优点。

主权项

一种La掺杂SrTiO3基氧化物热电材料的制备方法，其特征在于：以化学纯钛酸四丁酯即Ti(OC4H9)4和分析纯硝酸锶即Sr(NO3)2、硝酸镧即La(NO3)3·6H2O为原料，以去离子水和乙醇即CH3CH2OH为溶剂，冰醋酸即CH3COOH和丙三醇即C3H8O3为螯合剂和催化剂，采用sol‑gel法合成化学计量比准确、成分均匀的前驱粉体，然后通过SPS烧结，将粉末快速烧结成块体材料；块体材料化学成分组成通式为LaxSr1‑xTiyO3，其中x、y分别表示La、Ti组成元素的摩尔分数；其取值范围为：0.01≤x≤0.20，0.95≤y≤1.05；其制备工艺为：(1)将Sr(NO3)2和La(NO3)3·6H2O按化学计量比混合后溶解于去离子水，搅拌至形成透明溶液，金属阳离子与水的摩尔比为1∶20～100；(2)将Ti(OC4H9)4分散于CH3CH2OH中，加入冰醋酸CH3COOH，搅拌得到均匀透明溶液，Ti(OC4H9)4与CH3CH2OH的摩尔比为1∶8～40，与冰醋酸CH3COOH的摩尔比为1∶4～20；(3)步骤(1)得到的溶液滴到步骤(2)得到的溶液中，不断搅拌，滴完后加入丙三醇C3H8O3，在40～60℃搅拌0.5～1.5小时，然后静置成胶，金属阳离子与丙三醇C3H8O3摩尔比为1∶1.5～4.5；(4)凝胶在60～80℃干燥24～72小时后，放入箱式炉中，500～560℃焙烧1～2小时，得到黑色非晶态前驱粉体；(5)前驱粉体经充分研磨后装入内径Φ＝10～20mm的石墨模具，放入放电等离子烧结炉中，在真空度2～10Pa、压力40～50MPa条件下升温，升温速率100℃/min，烧结温度900～1000℃，烧结时间5～10min，得到致密的La掺杂SrTiO3基块体材料；(6)将步骤(5)得到的块体用砂纸进行表面打磨后，进行X射线衍射分析鉴定物相组成、扫描电镜分析显微组织形貌；(7)将步骤(5)得到的块体用砂纸进行表面打磨后，切成条形方柱，用于Seebeck系数和电导率的测试，通过功率因子来评价材料的电传输性能。