论文部分内容阅读
低维温差电材料在温差制冷和温差发电方面展现的广阔应用前景引起了科学界的普遍关注。本论文采用电化学沉积方法，以制备高性能的Bi2-xSbxTe3温差电材料为目的，对含有Bi3+、HTeO2+和SbO+的单组分溶液体系及Bi-Sb-Te三元溶液体系的电沉积过程进行了研究。在此基础上，研究了Bi2-xSbxTe3薄膜的制备工艺，通过SEM、XRD、EDS等现代物理测试技术对其形貌、结构、组成及性能进行了表征，并对影响温差电材料性能的因素进行了深入的探讨。
采用循环伏安、阴极极化等电化学测试方法对单组分溶液体系及三元溶液体系在Au基体上的还原过程进行了研究。结果表明，HTeO2+在混合溶液的整个电沉积过程中具有非常重要的作用，它能够吸附在电极表面而首先被还原，再与其它离子反应生成相应的化合物。
采用脉冲电沉积技术制备了p型Bi2-xSbxTe3薄膜温差电材料。研究表明，脉冲频率为4.0kHz，平均电流密度为10mA?cm-2下电沉积制备的Bi2-xSbxTe3薄膜材料退火后的Seebeck系数达141μV·K-1。XRD结果表明，脉冲电沉积制备的Bi2-xSbxTe3薄膜沿(015)面发生了择优取向。随着电沉积薄膜材料放置时间的延长，电沉积薄膜的Seebeck系数及电阻显著降低，2周以后趋于稳定。XRD结果表明，放置中材料的晶面取向发生改变。研究还表明，电沉积薄膜在室温范围长时间放置性能稳定，表明它适合于制作室温下使用的器件。
采用脉冲电沉积技术制备了p型Bi0.5Sb1.5Te3温差电材料薄膜。对薄膜材料进行退火处理，结果表明，退火影响电沉积Bi0.5Sb1.5Te3温差电材料薄膜的形貌，并降低薄膜材料的Seebeck系数和电阻，退火后薄膜材料的Seebeck系数保持在140μV·K-1，电阻最小为160m?左右。退火温度影响薄膜材料的物相组成和择优取向，实验确定了150℃的退火温度。退火时间对材料薄膜的结构和温差电性能影响不大，实验确定了1h的退火时间。进一步提高材料的温差电性能，降低材料电阻仍然是今后研究的重点。
采用循环伏安、阴极极化等电化学测试方法对单组分溶液体系及三元溶液体系在Au基体上的还原过程进行了研究。结果表明，HTeO2+在混合溶液的整个电沉积过程中具有非常重要的作用，它能够吸附在电极表面而首先被还原，再与其它离子反应生成相应的化合物。
采用脉冲电沉积技术制备了p型Bi2-xSbxTe3薄膜温差电材料。研究表明，脉冲频率为4.0kHz，平均电流密度为10mA?cm-2下电沉积制备的Bi2-xSbxTe3薄膜材料退火后的Seebeck系数达141μV·K-1。XRD结果表明，脉冲电沉积制备的Bi2-xSbxTe3薄膜沿(015)面发生了择优取向。随着电沉积薄膜材料放置时间的延长，电沉积薄膜的Seebeck系数及电阻显著降低，2周以后趋于稳定。XRD结果表明，放置中材料的晶面取向发生改变。研究还表明，电沉积薄膜在室温范围长时间放置性能稳定，表明它适合于制作室温下使用的器件。
采用脉冲电沉积技术制备了p型Bi0.5Sb1.5Te3温差电材料薄膜。对薄膜材料进行退火处理，结果表明，退火影响电沉积Bi0.5Sb1.5Te3温差电材料薄膜的形貌，并降低薄膜材料的Seebeck系数和电阻，退火后薄膜材料的Seebeck系数保持在140μV·K-1，电阻最小为160m?左右。退火温度影响薄膜材料的物相组成和择优取向，实验确定了150℃的退火温度。退火时间对材料薄膜的结构和温差电性能影响不大，实验确定了1h的退火时间。进一步提高材料的温差电性能，降低材料电阻仍然是今后研究的重点。