氧化铁掺杂对三氧化钨陶瓷热电性能影响

掺杂能改变一种材料的微观结构与性能,是改善材料某一些关键性能的一种有效方式。三氧化钨(WO3)陶瓷虽然本身具热电性能,但是要将其应用于热电器件还必须对其进行掺杂,改善其热电性能。本文采用的掺杂物为氧化铁(Fe2O3),采用手工研磨方式加入掺杂物,在空气中烧结,温度为1100℃。
 

不同浓度氧化铁掺杂

从微观结构上来看,掺杂后的WO3陶瓷的晶粒要明显小于未掺杂,致密度更好,但是随着Fe2O3的掺杂量大的增大,晶粒的尺寸又逐渐变大,晶粒当中的杂质也越来越多,之所以出现这种情况主要是由于Fe2O3掺杂浓度是否大于Fe2O3在WO3陶瓷溶解度。在溶解度范围内掺杂量越大,陶瓷晶粒越小,致密度更好;超出溶解度范围后则会就会生成第二相FeWO4,掺杂量越大,二相FeWO4就越明显,晶粒当中的杂质也越来越多。
 
电导率上的变化,掺杂Fe2O3之后WO3陶瓷的电导率明显要高于未掺杂的陶瓷,而且电导率会随着掺杂量增加不断提高。其中的原因为,Fe2O3为金属氧化物,本身就具有良好的且大于WO3的导电率,所以电导率随着掺杂浓度的增加而增加。赛贝克系数则与电导率相反,未掺杂的WO3陶瓷赛贝克系数绝对值要大于掺杂之后的。掺杂Fe2O3之后的WO3陶瓷虽然功率因子比未掺杂的高,但是增长幅度却并不明显,主要是由于赛贝克系数绝对值变小了,而功率因子是受电导率与赛贝克系数影响的,当掺杂量为5.0mol%时,功率因子最大。
 
随着Fe2O3掺杂量的增加,WO3陶瓷电导率上升,主要归功于Fe2O3自身良好的电导率。
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