一种Ca3Co4O9热电材料的制备方法与流程

本发明涉及一种热电材料制备方法，属于钙钴基氧化物热电材料制备领域。

背景技术：

近年来，随着氟利昂对环境的破坏作用和废热的再利用被人们普遍认识，热电材料受到了广泛的关注和研究。热电效应可以实现热与电的相互转换。目前，Ca₃Co₄O₉热电材料由于热稳定性好，可以在高温氧化气氛下长期工作，无毒性、无污染，因此，在工业废热再利用领域有极大的应用潜力，是目前研究的热点之一。现阶段，Ca₃Co₄O₉热电材料的制备方法主要是溶胶凝胶法，以硝酸钙和硝酸钴为原料进行制备，原料成本较高，且产物中存在大量的氮氧化物，对空气存在较大的污染，制备所得的Ca₃Co₄O₉热电材料孔洞较少，一般很难制备出致密均匀的Ca₃Co₄O₉热电材料，虽然性能也还可以，但无法达到Ca₃Co₄O₉热电材料的最优性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种Ca₃Co₄O₉热电材料的制备方法，以解决现有方法制备的Ca₃Co₄O₉热电材料孔洞较少，无法实现Ca₃Co₄O₉热电材料的最优性能，以硝酸钙和硝酸钴为原料进行制备，原料成本较高，且产物中存在大量的氮氧化物，对空气存在较大污染的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种Ca₃Co₄O₉热电材料的制备方法，该方法采用溶胶-凝胶法，以醋酸盐为原料，柠檬酸为络合剂，形成溶胶、凝胶后，再通过预烧得到前驱体纳米粉末，然后烧结而成，其工艺按如下步骤进行：

(1)按化学计量比将碳酸钙、醋酸钴加入反应容器中，加入柠檬酸,比例为碳酸钙：醋酸钴：柠檬酸＝3mol:4mol:7～8mol，然后加去离子水溶解混合物，将混合物放入磁搅拌器上加热搅拌，搅拌设定转速80-100转/min，搅拌的同时，温度由室温逐渐升温至105～120℃，直至溶液变成紫红色干凝胶；

(2)将步骤(1)中所得干凝胶经研磨后在300℃～500℃预烧，除去其中的柠檬酸，所得粉体在750℃～900℃温度条件下烧结即得Ca₃Co₄O₉。

本发明与现有技术相比，主要优点是该方法制备的Ca₃Co₄O₉热电材料通过SEM观察即可发现其形貌均为多孔的蜂窝状，这表明通过该方法合成的Ca₃Co₄O₉热电材料的结构非常致密且均匀，多孔的蜂窝状结构可以使声子散射增强，从而使热导率降低，这对提高材料的热电性能极为有利的，相比现有方法，其制备的Ca₃Co₄O₉热电材料性能有了很大的提升，且以碳酸钙和醋酸钴作为原料，成本更为低廉的同时，也不会对环境造成污染，适宜推广应用。

附图说明

图1为所制得Ca₃Co₄O₉热电材料的XRD图；

图2为所制得Ca₃Co₄O₉热电材料的SEM图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述，

实施例：

制备Ca₃Co₄O₉热电材料：以无机醋酸盐为原料，柠檬酸为络合剂，形成溶胶、凝胶后，再通过预烧得到前驱体纳米粉末，然后烧结而成，其工艺按如下步骤进行：

(1)按化学计量比将碳酸钙、醋酸钴加入反应容器中，加入柠檬酸,比例为碳酸钙：醋酸钴：柠檬酸＝3mol:4mol:7.5mol，然后加去离子水溶解混合物，将混合物放入磁搅拌器上加热搅拌，搅拌设定转速90转/min，搅拌的同时，温度由室温逐渐升温至115℃，直至溶液变成紫红色干凝胶；

(2)将步骤(1)中所得干凝胶经研磨后在350℃预烧，除去其中的柠檬酸，所得粉体在800℃温度条件下烧结即得Ca₃Co₄O₉。