一種鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法

專利名稱：一種鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種熱電材料粉體的制備方法，特別涉及一種鈷酸轉熱電 材料粉體的制備方法。
背景技術：
近年來，氧化物熱電材料的研究引起了越來越多的研究者的興趣。目
前雖然一些合金材料，如Si-Ge，卩-FeSi2， Bi2Te3等的熱電優值比較高， 但都存在高溫性能不穩定、易氧化和材料價格較高的缺陷，而大多數氧化 物材料的品質因子的最高峰都出現在高溫區，且溫度超過1000K時一般都 可正常工作。而且氧化物熱電材料還具有種類廣泛、易于合成和成本較低 等優勢。
鈷酸鈣是一種極具發展潛力的氧化物熱電材料，其中(^20)205與 Ca3Co409是研究熱點，它們具有相似的復雜的層狀結構，由巖鹽結構的 Ca2Co03和Cdl2型的0)02層沿c軸堆疊交替排列而形成的。0320)205的 制備方法一般有固相反應法和溶膠-凝膠法。固相反應法存在需長時間研磨 混合，熱處理溫度較高處理時間較長，產物組成、結構和顆粒分布等方面 存在較大差異，材料的熱電性能不高的缺點；而傳統的溶膠-凝膠法一般使 用有機絡合劑，存在消耗大量有機酸(醇)，成本較高的缺點。

發明內容
本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單，且成本較低，通過經改良 的溶膠-凝膠法合成化學均勻性好、顆粒尺寸分布均勻的鈷酸^ (Ca2Co205) 熱電材料粉體的制備方法。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是首先以分析純的硝酸鈷、 硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸鈣為1: 1的摩爾比混合；然后在混合物 中加入質量分數為8%的聚乙烯醇水溶液作為膠凝劑，生成產物(^20)205 與聚乙烯醇水溶液的質量比為l: 6,充分攪拌至透明溶液；其次將透明溶 液在60 10(TC下加熱至成溶膠狀，然后在100 130。C下干燥10 14小 時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過150 250目篩，在55(TC 95(TC下煅 燒1 3小時制得(^20)205熱電材料粉體。
本發明利用價格便宜的聚乙烯醇(PVA)水溶液作為膠凝劑，并未使 用其他有機絡合劑制備出化學成分均勻的Ca2Co205熱電材料粉體，粉體 顆粒尺寸在l 2um均勻分布，在適當范圍內，煅燒溫度越高越有利于晶 體生長。
具體實施例方式
實施例1，首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸 鈣為1: 1的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇 水溶液作為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分攪拌至透明溶液；其次將透明溶液在8(TC下加熱至成溶膠狀，然 后在12(TC下干燥11小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過150目篩，在 55(TC下煅燒3小時制得(^20)205熱電材料粉體。
實施例2，首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸 鈣為l: l的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇 水溶液作為膠凝劑，生成產物Ca2Co205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分攪拌至透明溶液；其次將透明溶液在6(TC下加熱至成溶膠狀，然 后在IO(TC下干燥14小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過250目篩，在 700。C下煅燒2小時制得Ca2Co205熱電材料粉體。實施例3，首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸 鈣為1: 1的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇 水溶液作為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分攪拌至透明溶液；其次將透明溶液在9(TC下加熱至成溶膠狀，然 后在13(TC下干燥10小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過180目篩，在 90(TC下煅燒1小時制得0320)205熱電材料粉體。
實施例4,首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸 鈣為h l的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇 水溶液作為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分攪拌至透明溶液；其次將透明溶液在7(TC下加熱至成溶膠狀，然 后在ll(TC下干燥13小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過200目篩，在 950'C下煅燒1小時制得Ca2C0205熱電材料粉體。
實施例5，首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸 鈣為h 1的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇 水溶液作為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分攪拌至透明溶液；其次將透明溶液在10(TC下加熱至成溶膠狀，然 后在125"下干燥12小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過230目篩，在 650'C下煅燒3小時制得Ca2Co205熱電材料粉體。
權利要求
1. 一種鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，其特征在于1)首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸鈣為1∶1的摩爾比混合；2)然后在混合物中加入質量分數為8％的聚乙烯醇水溶液作為膠凝劑，生成產物Ca2Co2O5與聚乙烯醇水溶液的質量比為1∶6，充分攪拌至透明溶液；3)其次將透明溶液在60～100℃下加熱至成溶膠狀，然后在100～130℃下干燥10～14小時成干凝膠；4)最后將干凝膠研磨過150～250目篩，在550℃～950℃下煅燒1～3小時制得Ca2Co2O5熱電材料粉體。
2、 根據權利要求1所述的鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，其特征 在于首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸韓為l: 1 的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇水溶液作 為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分 攪拌至透明溶液;其次將透明溶液在8(TC下加熱至成溶膠狀，然后在120°C 下干燥ll小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過150目篩，在550'C下煅燒 3小時制得(^20)205熱電材料粉體。
3、 根據權利要求1所述的鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，其特征 在于首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸鈣為l: 1 的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇水溶液作 為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分 攪拌至透明溶液;其次將透明溶液在6(TC下加熱至成溶膠狀，然后在10(rC下干燥14小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過250目篩，在70(TC下煅燒 2小時制得Ca2C0205熱電材料粉體。
4、 根據權利要求1所述的鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，其特征在于首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸鈣為l: 1 的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇水溶液作 為膠凝劑，生成產物<^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分攪拌至透明溶液;其次將透明溶液在9(TC下加熱至成溶膠狀，然后在13(rC 下干燥10小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過180目篩，在90(TC下煅燒 1小時制得Ca2C020s熱電材料粉體。
5、 根據權利要求1所述的鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，其特征在于首先以分析純的硝酸鈷、硝酸鈣為原料，按硝酸鈷和硝酸鈣為l: 1 的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇水溶液作 為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分 攪拌至透明溶液;其次將透明溶液在70°C下加熱至成溶膠狀，然后在1 l(TC 下干燥13小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過200目篩，在95(TC下煅燒 1小時制得(^2(:0205熱電材料粉體。
6、 根據權利要求1所述的鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，其特征在于首先以分析純的硝酸鈷、硝酸轉為原料，按硝酸鈷和硝酸鈣為l: 1 的摩爾比混合；然后在混合物中加入質量分數為8%的聚乙烯醇水溶液作 為膠凝劑，生成產物(^20)205與聚乙烯醇水溶液的質量比為1: 6，充分 攪拌至透明溶液；其次將透明溶液在10(TC下加熱至成溶膠狀，然后在 125。C下干燥12小時成干凝膠；最后將干凝膠研磨過230目篩，在65(TC 下煅燒3小時制得Ca2Co205熱電材料粉體。
全文摘要
一種鈷酸鈣熱電材料粉體的制備方法，首先以分析純的硝酸鈷和硝酸鈣混合；然后在混合物中加入聚乙烯醇水溶液作為膠凝劑，充分攪拌至透明溶液；將透明溶液加熱至成溶膠狀，然后干燥成干凝膠；最后將干凝膠研磨過篩，煅燒制得Ca₂Co₂O₅熱電材料粉體。本發明利用價格便宜的聚乙烯醇(PVA)水溶液作為膠凝劑，并未使用其他有機絡合劑制備出化學成分均勻的Ca₂Co₂O₅熱電材料粉體，粉體顆粒尺寸在1～2μm均勻分布，在適當范圍內，煅燒溫度越高越有利于晶體生長。
文檔編號C04B35/626GK101279770SQ20081001805
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者于成龍, 江紅濤, 王國文, 王秀峰 申請人:陜西科技大學