钙钴基氧化物材料Ca3CoTiO6单晶及其制备方法与流程

本发明涉及钙钴基氧化物材料技术领域，尤其涉及一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶及其制备方法。

背景技术：

随着可开发性能源的日益减少和环境污染问题的日趋严重，热电材料作为一种能够实现热能和电能之间直接转换的功能材料，其研究越来越受到重视。目前，热电性能较好、研究较成熟的材料主要是金属化合物及其固溶体合金，如：bi2te3、pbte、sige等。但这些材料的制备条件要求高，不适合在高温下工作且在实际应用过程中都不可避免地出现氧化、分解而降低其使用寿命和性能。氧化物热电材料是近年新兴的一个热电材料体系。首次发现naco2o4单晶在室温下不仅具有较高的塞贝克系数，而且还具有低的电阻率和热导率，从而使人们对氧化物热电陶瓷有了新的认识。随着研究的深入，人们发现，与传统的热电材料相比，氧化物热电陶瓷不仅能够在氧化气氛中高温下长时间工作，无污染，无毒性，而且制备工艺简单，在中高温区热电领域具有很大的应用潜力，适合于利用低品位热能(如工业余热、废热、太阳能等)进行发电。钙钴基氧化物由于具有优良的性能而成为有着广阔应用前景的一种热电材料。最近关于钙钴基氧化物ca3co2o6的热电研究也进展的比较顺利。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶及其制备方法，所述制备方法过程简单，得到了一种新型的钙钴基材料ca3cotio6单晶，其均匀性好，完整度高。

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，在空气气氛下烧结得到ca3cotio6多晶粉；其中，碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛的摩尔比为3：1：1，烧结温度为850-950℃，烧结时间为6-12h；

s2、在ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，在空气气氛中烧结，清洗后得到所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶；其中，烧结温度为830-930℃，烧结时间为6-10天。

优选地，在s1中，将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，放入马弗炉中，以1-5℃/min的升温速率升温至850-950℃，在空气气氛下烧结。

优选地，在s1中，烧结温度为880℃。

优选地，在s1中，烧结时间为8h。

优选地，在s2中，所述助溶剂为碳酸钾。

优选地，在s2中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：4-1：8。

优选地，在s2中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：6。

优选地，在s2中，烧结温度为860℃。

优选地，在s2中，烧结时间为8天。

本发明还提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶，采用所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法制备而成。

本发明所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法过程简单，条件温和，可控性好，提供了一种新型的钙钴基氧化物材料，扩展了钙钴基氧化物热电材料的种类，而且克服了钙钴基氧化物需要较高的反应温度和较长的热处理时间的缺点，得到的钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶均匀性好，完整度高，无杂质。

附图说明

图1为本发明实施例1-5中制备的ca3cotio6单晶磨成粉后的xrd图谱；

图2为本发明实施例1制备的ca3cotio6单晶的图片。

具体实施方式

下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、按3：1：1的摩尔比称取碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛粉末，将三者研磨混合均匀，加入马弗炉中，以5℃/min的升温速率使马弗炉升温至880℃，在空气气氛下烧结8h得到ca3cotio6多晶粉；

s2、在s1中的ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，其中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：6，在空气气氛中烧结8天，烧结温度为860℃，将得到的烧结产物用去离子水清洗后可得到片状的ca3cotio6单晶。

实施例2

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、按3：1：1的摩尔比称取碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛粉末，将三者研磨混合均匀，加入马弗炉中，以5℃/min的升温速率使马弗炉升温至880℃，在空气气氛下烧结8h得到ca3cotio6多晶粉；

s2、在s1中的ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，其中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：8，在空气气氛中烧结8天，烧结温度为860℃，将得到的烧结产物用去离子水清洗后可得到片状的ca3cotio6单晶。

实施例3

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、按3：1：1的摩尔比称取碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛粉末，将三者研磨混合均匀，加入马弗炉中，以5℃/min的升温速率使马弗炉升温至880℃，在空气气氛下烧结8h得到ca3cotio6多晶粉；

s2、在s1中的ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，其中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：4，在空气气氛中烧结8天，烧结温度为860℃，将得到的烧结产物用去离子水清洗后可得到片状的ca3cotio6单晶。

实施例4

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、按3：1：1的摩尔比称取碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛粉末，将三者研磨混合均匀，加入马弗炉中，以5℃/min的升温速率使马弗炉升温至820℃，在空气气氛下烧结8h得到ca3cotio6多晶粉；

s2、在s1中的ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，其中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：8，在空气气氛中烧结8天，烧结温度为860℃，将得到的烧结产物用去离子水清洗后可得到片状的ca3cotio6单晶。

实施例5

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、按3：1：1的摩尔比称取碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛粉末，将三者研磨混合均匀，加入马弗炉中，以5℃/min的升温速率使马弗炉升温至900℃，在空气气氛下烧结8h得到ca3cotio6多晶粉；

s2、在s1中的ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，其中，ca3cotio6多晶粉、助熔剂的质量比例为1：8，在空气气氛中烧结8天，烧结温度为860℃，将得到的烧结产物用去离子水清洗后可得到片状的ca3cotio6单晶。

如图1所示，图1为实施例1-5中制备的ca3cotio6单晶磨成粉后的xrd图谱，由图1可知，得到的ca3cotio6单晶为六方晶系，实例1-5制备的单晶材料均无杂项的存在。

图2为本发明实施例1制备的ca3cotio6单晶的图片，由图2可知，实例1得到的单晶完整度高，形状呈四方形，并没有出现孪晶的现象，单晶质量佳。

实施例6

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，在空气气氛下烧结得到ca3cotio6多晶粉；其中，碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛的摩尔比为3：1：1，烧结温度为850℃，烧结时间为12h；

s2、在ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，在空气气氛中烧结，清洗后得到所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶；其中，烧结温度为830℃，烧结时间为6天。

实施例7

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，在空气气氛下烧结得到ca3cotio6多晶粉；其中，碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛的摩尔比为3：1：1，烧结温度为950℃，烧结时间为6h；

s2、在ca3cotio6多晶粉中加入助熔剂，在空气气氛中烧结，清洗后得到所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶；其中，烧结温度为930℃，烧结时间为10天。

实施例8

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，放入马弗炉中，以5℃/min的升温速率升温至855℃，在空气气氛下烧结11h得到ca3cotio6多晶粉；其中，碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛的摩尔比为3：1：1；

s2、在ca3cotio6多晶粉中加入碳酸钾，ca3cotio6多晶粉、碳酸钾的质量比例为1：4，在空气气氛中烧结，清洗后得到所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶；其中，烧结温度为925℃，烧结时间为7天。

实施例9

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，放入马弗炉中，以1℃/min的升温速率升温至940℃，在空气气氛下烧结7h得到ca3cotio6多晶粉；其中，碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛的摩尔比为3：1：1；

s2、在ca3cotio6多晶粉中加入碳酸钾，ca3cotio6多晶粉、碳酸钾的质量比例为1：8，在空气气氛中烧结，清洗后得到所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶；其中，烧结温度为840℃，烧结时间为9天。

实施例10

本发明提出的一种钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法，包括以下步骤：

s1、将碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛研磨混合均匀，放入马弗炉中，以3℃/min的升温速率升温至880℃，在空气气氛下烧结8h得到ca3cotio6多晶粉；其中，碳酸钙、氧化亚钴和氧化钛的摩尔比为3：1：1；

s2、在ca3cotio6多晶粉中加入碳酸钾，ca3cotio6多晶粉、碳酸钾的质量比例为1：6，在空气气氛中烧结，清洗后得到所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶；其中，烧结温度为860℃，烧结时间为8天。

本发明还包括由所述钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶的制备方法制备的钙钴基氧化物材料ca3cotio6单晶。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。