[發明專利]一種高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710018323.7
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN106893977B
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 鄭壯豪;范平;梁廣興;羅景庭
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C23C14/18
• 分類號: C23C14/18;C23C14/35;C23C14/46
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開一種高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜及其制備方法，方法包括步驟：采用等離子束，對原ZnSb基薄膜進行轟擊，通過控制等離子束轟擊參量，得到高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜。本發明采用等離子束轟擊薄膜，代替傳統的熱處理工藝，不僅能夠保證薄膜關鍵元素的化學成分，同時可以對ZnSb基薄膜的微結構進行控制，通過有效的薄膜結構優化，以此提高ZnSb基薄膜的熱電特性。

技術領域

本發明涉及熱電功能材料領域，尤其涉及一種高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著人類生存和發展，能源消耗快速增長，且伴隨傳統能源使用帶來的環境污染問題形勢日益嚴峻。利用可再生能源和工業廢熱對節能和環保具有極其重要的現實意義，綠色新能源技術的開發已受到世界各國的廣泛關注和重視。熱電材料作為一種新能源材料，它可以將熱能和電能直接相互轉化，不用機械部件運轉和介質參與，不需要發生化學反應，和太陽能、水能、風能等二次能源一樣，對環境無污染，因而基于該材料制備的溫差器件在使用中有許多優點，比如結構簡單、無摩擦損耗、無介質泄漏、無噪聲、使用壽命長、性能穩定等。已在軍事探測、微電子溫控、醫療制冷等領域得到應用。熱電材料已逐漸成為材料科學的研究熱點之一。因此，研究和應用熱電材料對未來能源工程、綠色環保、和制冷技術工程方面有著重要意義。

熱電材料的性能主要由一個無量綱常量ZT表征，其中ZT= S²×σ×T÷k，其中S為塞貝克系數，σ為電導率，T為絕對溫度（即材料所處的溫度，不同溫度條件下S，σ，K值都不相同），k為熱導率。銻化鋅基材料是中溫區熱電材料，工作溫度范圍為300～670K。其具有高的塞貝克系數，高的電導率和低熱導率，展現了其在中溫區廣闊的應用前景，使其備受關注，是人們研究用來回收利用工業廢氣和汽車廢熱的發電材料之一。

近年來研究發現，熱電材料薄膜化有利于提高熱電材料的熱電特性，主要原因在于：一、可通過維數的降低，形成界面散射效應從而降低材料的熱導率，增大材料的熱電優值，當薄膜厚度在納米量級時還能產生量子禁閉效應提高材料的功率因子；二、薄膜化可提高其響應速度、能量密度和小型靜態局域化的能力。除此之外，薄膜化的熱電材料在轉化效率方面和成本方面，都有很大的優勢。

ZnSb基熱電材料，熱電性能與目前商用的熱電材料相近，但相比于傳統的熱電材料而言，其稀有金屬材料含量較少，在溫度較高時具有最優的熱電性能，因此被認為是最具有前景的中溫區熱電材料之一。將ZnSb基熱電材料低維薄膜化以提高其熱電特性，是目前該領域的研究熱點之一。雖然相關的研究有了一定的進展，但ZnSb基薄膜的熱電性能卻沒有得到很大的提高，主要的原因在于各種制備技術中存在的不足：如在制備ZnSb基薄膜時，都需要進行中高溫的熱處理技術，容易造成材料中活潑金屬Zn的大量缺失，難以實現高性能的高價態的ZnSb基熱電薄膜的制備；而薄膜的微結構是決定薄膜熱電輸運特性的最重要因素，如何調控微結構，達到大幅度提高薄膜熱電特性的目的，是急需解決的技術難題。因此，如何解決熱處理工藝中存在的技術問題，實現高熱電性能的ZnSb基薄膜的制備，同時減低制造成本以及簡化制造技術，是實現熱電材料大規模使用的關鍵所在。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜及其制備方法，旨在解決現有ZnSb基薄膜熱電特性較低的問題。

本發明的技術方案如下：

一種高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜的制備方法，其中， 包括步驟：采用等離子束，對原ZnSb基薄膜進行轟擊，通過控制等離子束轟擊參量，得到高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜。

所述的高效熱電轉換特性的ZnSb基薄膜的制備方法，其中，具體包括步驟：

A、將原ZnSb基薄膜，固定于等離子束轟擊系統的轟擊工位架上；