Физико-химические свойства твердых растворов на основе слоистого кобальтита кальция - Автореферат

Традиционными термоэлектриками являются халькогениды висмута, сурьмы и свинца и твердые растворы на их основе, которые со второй половины XX века находят широкое применение в термоэлектрических устройствах различного назначения. Наряду с неоспоримыми достоинствами (высокие значения фактора мощности и показателя термоэлектрической добротности) эти материалы имеют ряд недостатков, основными из которых являются высокое содержание токсичных и дорогостоящих компонентов, а также низкая устойчивость к окислению атмосферным кислородом при повышенных температурах. В последнее время в качестве наиболее перспективной основы для разработки оксидных термоэлектриков р-типа рассматривается слоистый кобальтит кальция Са3Со4О9 ?, поскольку его производные характеризуются высокими термоэлектрическими показателями, относительно низкой стоимостью и устойчивостью на воздухе при повышенных температурах. Термоэлектрические характеристики керамики на основе слоистого кобальтита кальция хуже, чем у монокристаллических образцов, но могут быть значительно улучшены путем варьирования ее термической предыстории (использование растворных методов синтеза, спекание под давлением, плазменно-дуговое спекание и др.), а также при частичном замещении катионов кальция или кобальта в структуре слоистого кобальтита кальция.Цель исследования - установление закономерностей влияния замещения в Са3Со4О9 ? катионов кальция и кобальта катионами других металлов, а также метода получения на кристаллическую структуру, микроструктуру, физико-химические и термоэлектрические свойства образующихся при этом твердых растворов как перспективных материалов для высокотемпературной термоэлектроконверсии. синтезировать твердые растворы, образующиеся при частичном замещении в Са3Со4О9 ? катионов кальция и кобальта катионами других металлов, определить параметры их кристаллической структуры и кислородную стехиометрию, изучить их микроструктуру, тепло-и электрофизические и термоэлектрические свойства. Закономерности влияния гетеровалентного замещения катионов Са2 в кобальтите Са3Со4О9 ? катионами Bi3 на кристаллическую структуру и физико-химические свойства твердых растворов САЗ-ХВІХСО4O9 ?, показавшие, что образование твердых растворов происходит при замещении до 10 мол.% кальция висмутом, при этом увеличение степени замещения кальция висмутом приводит к увеличению параметров элементарной ячейки и термо-ЭДС твердых растворов и уменьшению их электропроводности и коэффициента линейного теплового расширения. Закономерности влияния природы катиона лантанида R3 на параметры кристаллической структуры, кислородную стехиометрию, тепло-и электрофизичские и термоэлектрические свойства твердых растворов Са2,8R0,2Со4О9 ?, показавшие, что параметры кристаллической структуры твердых растворов уменьшаются при уменьшении радиуса катиона лантанида R3 , а термо-ЭДС возрастает при увеличении числа f-электронов катиона R3 , при этом замещение кальция лантанидом приводит к уменьшению коэффициента линейного теплового расширения и теплопроводности твердых растворов Са2,8R0,2Со4О9 ? и увеличению их фактора мощности и показателя термоэлектрической добротности. Установленный характер изменения тепловых и электрических свойств твердых растворов на основе кобальтита Са3Со4О9 ?, образующихся при частичном замещении катионов кальция и кобальта катионами других металлов, обусловленного изменением параметров кристаллической структуры и интенсивности металл-кислородных взаимодействий, и позволившего выявить материалы с наиболее высокими термоэлектрическими характеристиками, перспективные для высокотемпературной термоэлектроконверсии.