引言
熱電材料是一種可以利用塞貝克效應和帕爾貼效應直接將熱能轉化成電能的材料，而熱電性能就是衡量一種材料將熱能轉化成電能效率高低的能力。 材料的熱電性能通常用熱電優值ZT = S2T / （ ρκ） 來表征，其中 S 是塞貝克系數，T是絕對溫度，ρ 是電阻率而 κ 是熱導率。 理想熱電材料應滿足如下條件： 高電導率、高 Seebeck系數、低熱導率、高化學穩定性、低成本且對環境友好。 金屬氧化物熱電材料具有使用壽命長、制備方便、環境友好等優點，因而稱為科研者關注的焦點[1 -5]. 但是，有些氧化物在高溫情況下的熱穩定性和化學穩定性很不好，例如 NaxCo2O4熱電材料[6]等。 熱電材料 Ca3Co4O9 + δ是一種自然超晶格結構材料，具有很高的熱電性能，且化學性質較穩定。 層狀鈷基氧化物 Ca3Co4O9 + δ是由CoO2層和鹽巖層 Ca2CoO3層沿 c 軸交替堆疊組成的，使 材 料 具 有 較 高 的 電 導 率[7]. 而 在Ca3Co4O9 + δ體系中 CoO2層和中間的巖鹽層之間存在 b 方向的晶格失配，從而使得其結構更加復雜，表現出的磁性質也更加豐富，如亞鐵磁行為、自旋態過渡、自旋密度波過渡等，摻雜對其磁性能的影響很明顯[8 -10]. 因此，該文對制備 Fe 替換Co 位的材料進行形貌分析，并對其磁性進行測試分析。
1 實驗
該文采用溶膠凝膠的方法制備Ca3Co4 - xFexO9 + δ（ x =0 - 0. 5） 的粉體。 稱適量的Ca（ NO3）2·H2O、Co（ NO3）2·H2O 和一定量的Fe（ NO3）3·9H2O 分別溶于一定量的去離子水中，最后將三種溶液混合、攪拌。 在 80 ℃，攪拌上述混合溶液同時滴入 1 mol/L 檸檬酸溶液，直到pH 為 2 停止滴加，繼續攪拌至呈紫色透明膠體。
將此濕凝膠放入 473 K 烘箱中干燥 12 h,獲得干凝膠； 采取自蔓延燃燒的方法去除干凝膠中的有機物，獲得前驅體； 將此前軀體研磨后經 1073 K熱處理 6 h,獲得 Ca3Co4 - xFexO9 + δ（ x = 0 ~0. 5）粉體。 另 將 Ca3Co3. 5Fe0. 5O9 + δ前 驅 體 分 別 在1123 K、1153 K 和 1173 K 熱處理后獲得粉體。
利用日本理學電機 D/max – 2600/PC 型 X射線衍射儀（ Cu – Kα1,λ =1. 5406 \ue6a6） 進行物相分析。 將試樣噴金后在 S -4800 型掃描電子顯微鏡下觀察材料的粉體、表面形貌。 Lakeshore7410型振動樣品強磁計測試樣品磁性。
2 結果與討論
首先研究的是燒結溫度對物相的影響。 圖 1是前驅體分別在1073 K ,1123 K,1153 K 和1173K 熱處理后所得粉體的 XRD 圖譜。 從圖中可以看出，隨著燒結溫度升高樣品的結晶度逐漸增強。 但是，當溫度升高到 1123 K 時出現了 Co3O4雜相，對應 JCPDS 卡 PDF#42 - 1467,原因在于Ca3Co4O9 + δ樣品發生了高溫分解。 因此，Fe 摻雜系列樣品選擇燒結溫度是 1073K.接下來研究 Fe 摻雜含量對相結構的影響。
圖 2 給出的是 Ca3Co4 - xFexO9 + δ（ x = 0,0. 25 和0. 5） 的 XRD 圖譜。 從圖中可以看出，所有衍射峰基本與 Ca3Co4O9 + δ相的 JCPDS 卡（ PDF # 21 -0139） 一致。 隨著 Fe 摻雜含量增加，衍射峰逐漸向低角度偏移，說明 Fe 已完全進入 Ca3Co4O9 + δ晶格中而引起了晶胞參數的變化。圖3 給出了 Fe 摻雜的 Ca3Co4O9 + δ粉體 SEM圖像。 從圖 3（ a） 中可以看出，純 Ca3Co4O9 + δ樣品晶粒呈片狀結構且各晶粒大小均勻，大小約為1 ~ 2 μm. 從圖 3 （ b） 和圖 3 （ c） 可知，Fe 摻雜使粒子尺寸略微減小但總體影響不大。
圖 4 是 Ca3Co4 - xFexO9 + δ樣品（ x =0,0. 25 和0. 5） 的室溫 M - H 磁性測試曲線。 由圖可知，所有測試曲線均經過原點，即該材料為順磁性材料。 而且，隨著鐵摻雜含量增加，磁化強度明顯增強。
3 結束語
該文研究了燒結溫度及對 Ca3Co4O9 + δ及 Fe摻雜含量對粉體微觀結構的影響。 隨著燒結溫度升高樣品的結晶度逐漸增強。 隨著 Fe 摻雜含量增加，衍射峰逐漸向低角度偏移，說明 Fe 已完全進入 Ca3Co4O9 + δ晶格中而引起了晶胞參數的變化。 Ca3Co4O9 + δ樣品晶粒呈片狀結構且各晶粒大小均勻，大小約為 1 ~ 2 μm. 與樣品 Ca3Co4O9 + δ相比，鐵摻雜樣品磁化強度明顯增強。
