[发明专利]一种聚丙烯酸钠凝胶法制备单相NaxCo2O4热电化合物粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种聚丙烯酸钠凝胶法制备单相Na_xCo₂O₄热电化合物粉体的方法。

背景技术

热电材料是一种利用热电效应将热能和电能相互转换的功能材料，因其制备的发电器、致冷器、传感器等元件具有重量轻、结构简单及使用方便等优点，已被广泛应用于国防、航空航天和微电子等领域。

Na_xCo₂O₄热电材料是目前一种很具有潜能的新型热电材料，它具有以下独特优点：(1)不存在氧化问题，高温性能稳定。(2)不含毒性化学元素，对人体及环境无害。(3)制备工艺简单。(4)少含或不含稀有金属元素，价格便宜，因此它们在高温温差发电应用方面有独特优势。但它们普遍存在热电转换效率偏低的问题。因此，需要对其热电性能进行优化。研究表明，对于Na_xCo₂O₄化合物除通过掺杂外，还可通过微结构调控来调整和优化其热电性能，而不同的制备方法可获得不同的微结构。目前，Na_xCo₂O₄多晶的制备方法有固相反应法、溶胶-凝胶法、PC法(polymerized complex)、CAC法(citric acid complex)。不同制备方法得到的Na_xCo₂O₄多晶的微结构和性能不尽相同，各有其优缺点，例如固相反应法存在产物不均匀、颗粒尺寸大的问题，溶胶－凝胶法成本高，PC法与CAC法制备周期较长，并且这些方法均需额外钠源。因此，进一步研究Na_xCo₂O₄化合物晶体的制备方法对于提高其热电性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚丙烯酸钠凝胶法制备单相Na_xCo₂O₄热电化合物粉体的方法，涉及的工艺流程简单、反应周期短、原材料易得、安全无污染，聚丙烯酸钠即是凝胶剂，又可作为钠源，制备的粉体产品单相性好，具有六边形片状结构，具有重要的研究应用意义。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种聚丙烯酸钠凝胶法制备单相Na_xCo₂O₄热电化合物粉体的方法，包括以下步骤：

1)分别配制聚丙烯酸钠水溶液和硝酸钴水溶液，在搅拌条件下，将硝酸钴水溶液逐滴滴入聚丙烯酸钠水溶液中，搅拌混合均匀，得胶态前驱体；

2)将步骤1)所得胶态前驱体进行冷冻干燥，得到干燥的前驱体；

3)将步骤2)所得干燥的前驱体进行煅烧，冷却即得到所述的单相Na_xCo₂O₄热电化合物粉体。

上述方案中，步骤1)中所述聚丙烯酸钠水溶液引入的聚丙烯酸钠与硝酸钴水溶液引入 的Co²⁺的摩尔比为(0.8～1.1):1。

上述方案中，所述聚丙烯酸钠水溶液的浓度为3.761～5.173g/L，硝酸钴水溶液的浓度为0.1～0.3mol/L。

上述方案中，所述煅烧步骤为：首先加热至200～300℃预烧1～2h，然后在700～800℃和空气气氛下保温煅烧5～6小时。

上述方案中，所述搅拌速率为800～1000r/min，时间为20～30min。

根据上述方案制备的单相Na_xCo₂O₄热电化合物粉体，其晶体形态近似片状六边形，片状方向的宽度在0.75～3.5μm之间，厚度为0.17～0.5μm。