Получение композиционного термоэлектрического материала на основе кобальтита кальция Ca3Co4O9.

Термоэлектрические материалы – это материалы, способные генерировать электрическую энергию при разнице температур, а так же преобразовывать электрическую энергию в разницу температур.

В данной работе в качестве образца исследования был выбран термоэлектрический материал на основе кобальтита кальция Ca₃Co₄O₉. Данный материал устойчив к окислению в атмосфере воздуха при повышенных температурах, вплоть до 1200 К, не токсичен и обладает небольшой стоимостью.

Одним из возможных путей повышения эффективности термоэлектрических материалов является создание композитных соединений. Композитные термоэлектрические материалы позволяют добиться низкой теплопроводности за счет изменения морфологии материала и внесения дополнительных дефектов, что затрудняет транспорт фононов.

Были синтезированы образцы Ca₃Co₄O₉/MoO₃ (где MoO₃ = 0, 2, 5, 10 масс. %). Для получения чистого Ca₃Co₄O₉ были смешаны два реактива: Co₃O₄ и CaCO₃, которые подвергались помолу в шаровой мельнице в течение 240 минут при 300 об/мин. Далее производился отжиг в трубчатой печи при температуре 900 ℃ в течение 48 часов с промежуточным измельчением. По данным рентгенографического фазового анализа основные пики соответствуют фазе Ca₃Co₄O₉, присутствует примесь Ca₃Co₂O₆  для чистого образца. После этого к образцам был добавлен оксид молибдена MoO₃ и полученный композиционный материал был спрессован методом искрового плазменного спекания при Т = 850 °С, p = 50 МПа, t = 5 мин. Данные чистого и композиционных материалов РФА представлены на рис.1.

                                                                     Рисунок 1 – Дифрактограмма образцов Ca₃Co₄O₉/MoO₃.

Измерение плотности образца проводилось методом гидростатического взвешивания. Измерение термоЭДС и электросопротивления проводилось на установке CRYOTEL методом четырёхконтактного измерения удельного сопротивления при протекании постоянного тока в диапазоне температур 300 – 1200 К.

Таким образом, были успешно синтезированы 3 образца Ca₃Co₄O₉/MoO₃. В дальнейшем будет измерено значение теплопроводности и рассчитана термоэлектрическая добротность.