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℃。

 

 

烧结温度都为1100℃，分别在空气、氧气、氮气以及真空情况下烧结三氧化钨（WO3）陶瓷，并且从晶粒尺寸、致密度、电导率、赛贝克以及功率因子这五点分析不同的烧结气氛对WO3陶瓷造成的影响。

 

通过实验数据得出：不同的烧结气氛使陶瓷的晶粒大小与致密度变化非常大，氮气情况下，颗粒变为不规则形状，晶粒尺寸无法计算；真空情况下，晶粒尺寸偏小，晶粒生长明显被抑制；氧气情况下，晶粒尺寸与致密度最大。从电导率来看，不同气氛下烧结的WO3陶瓷电导率大小关系为：真空>氮气>空气>氧气，主要的原因为不同烧结气氛下，三氧化钨陶瓷氧空位浓度的浓度会有所不同。真空与氮气气氛下烧结的陶瓷中有大量的氧空位，一个氧空位能够为WO3陶瓷提供两个电子，载流子浓度上升，电导率变大，；而氧气气氛下的陶瓷氧空位浓度低，所以电导率更小。在四种烧结气氛中烧结的WO3陶瓷，赛贝尔系数绝对值最大为氧气气氛，真空与氮气数值差别不大，并且数值最小。而由于赛贝克系数数值大小与载流子浓度成反比，所以真空与氮气烧结出的陶瓷赛贝克系数绝对值更小。从功率因子方面来看的话，真空与氮气气氛下烧结的陶瓷比空气气氛下的稍微大一些，氧气气氛下的功率因子最小。

 

综合分析，真空与氮气气氛下烧结出的WO3陶瓷功率因子最好，并且相差不大。而空气气氛下烧结出的陶瓷虽功率因子不如前两者，大约为前两者的90%，但是由于真空与氮气气氛下陶瓷致密性很差，空气下烧结致密性显著好于前两者，多了15%左右，所以认为空气为WO3陶瓷改善热电性能的最佳烧结气氛。

三氧化钨（W03）陶瓷是n型热电材料，热电材料在热电发电以及制冷设备上已经得到广泛应用，热电发电具有体积小、无污染、噪音小等特点，今后有可能会替代部分传统的化石能源发电方式，所以研究提高三氧化钨陶瓷的热电性能的方法具有一定的意义。WO3陶瓷是由WO3经过研磨、与PVA混合成浆料、浆料再经过干燥、造粒、压片以及烧结出陶瓷。本文主要从生产工艺参数中的烧结温度与烧结气氛入手，结合实验数据，分析最合适的工艺参数。

 

主要从陶瓷晶粒尺寸、致密度、电导率、赛贝克系数以及功率因子这五个方面来分析烧结温度对三氧化钨陶瓷造成的影响。

 

WO3陶瓷在烧结过程中WO3陶瓷的晶粒大小会随着烧结时的温度升高而变大，同时烧结过程中受到蒸汽压影响，WO3陶瓷致密性也随着温度改变而变化，当温度为1100℃时，致密度达到最大，当温度大于1200℃时，陶瓷会出现挥发现象，质量会下降并且失去原有形状，所以一般采用1100℃作为烧结温度。经过对不通温度下烧结的陶瓷进行电导率测试，发现电导率与烧结温度成正相关关系，烧结温度为1150℃时电导率为最大，同时也发现了烧结温度为1150℃时，陶瓷的晶粒尺寸最大。实验所采用的陶瓷材料成分、载流子种类和浓度都差别不大，经分析，电导率大小影响因素主要在微观结构上，较大的晶粒具有更大的载流子迁移率。根据赛贝克效应系数，烧结温度为1100℃的热电WO3陶瓷，当工作温度为750℃时，相比其他烧结温度的陶瓷，具有最大的赛贝克系数绝对值。功率因子是通过电导率与赛贝克计算得出的，通过计算烧结温度为1100℃的陶瓷工作在750℃时功率因子最大。

 

综合上述的五种数据，分析得出想要WO3陶瓷具有最佳的热电性能最佳烧结温度为1100℃。

随着科技与社会的发展，人们已经意识到能源危机，传统的化石能源经过长期不断地开采不但日益减少，而且这些化石能源的大量使用对环境造成巨大污染，因此开发新型的环保能源已经成为科学研究的重中之重。

 

电热材料是一种新型能源材料，相对传统能源具有体积小、无噪音、无污染、寿命长等特点。热电材料能作为电能与热能转换的中介材料，只要材料两端存在电势差，材料中就会出现温差，而且这种电热转换是可逆。传统的热电材料按工作环境主要分为三种：低温区的Bi-Te-Sb合金；中温区的Mg-Si合金；高温区的Si-Ge合金，这些传统热电材料具有较高的ZT值(优值系数，系数越高热电转换效率越高)，而且具有成熟的制备工艺，已被广泛应用于热电发电与制冷装置中。研究者们逐渐发现一些新型的热电材料，虽然这些材料具有更高的ZT值，但是大部为具有毒性以及贵重元素组成分的金属合金，使用这些材料会加重环境的负担。

 

三氧化钨（WO3）是一种重要的高技术材料，在电致变色、光降解催化、气体检测等多领域具有很强的应用潜力，同时WO3是一种n型热电材料。目前热电材料研究现状为P型热电材料性能普遍优于n型材料，但是制作热电器件必需p型与n型相匹配。早期研究证明WO3经过掺杂能使其热电性能得到提升，如果发现一种能显著改善WO3热电性能的掺杂物以及最佳的工艺参数，则有可能将WO3应用于热电材料领域。