[發(fā)明專利]利用真空蒸發(fā)鍍膜可控制備結(jié)構(gòu)梯度定向生長Sb-Bi-Te膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711444500.4
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108103439B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚明;郝延明;謝寧;秦月婷;焦永芳;郭婷婷;李天晶
• 申請（專利權(quán)）人: 天津科技大學(xué)
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/24
• 代理公司: 12107 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 劉英蘭

本發(fā)明涉及一種利用真空蒸發(fā)鍍膜可控制備結(jié)構(gòu)梯度定向生長Sb?Bi?Te膜的方法，包括步驟：(1)將(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃和Te粉末(質(zhì)量比(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃:Te＝10:0.8～1.2均勻混合)在8～10MPa壓力下壓制(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃和Te混合材料成塊體；(2)基底在丙酮、無水乙醇和去離子水中分別超聲清洗后并用氮?dú)獯蹈桑?3)將0.1～0.2g的(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃和Te混合材料壓制成的塊體放入真空鍍膜機(jī)真空室的鎢舟中；(4)向真空室內(nèi)充入2～5min氮?dú)猓?5)真空度達(dá)到2.0×10^－4～5.0×10^－4Pa時(shí)，打開加熱控溫電源，設(shè)加熱溫度100～200℃，開始對基底升溫；(6)溫度升至預(yù)定溫度100～200℃后，在PID控制器上設(shè)定沉積速率進(jìn)行沉積；(7)調(diào)節(jié)輸出電流160～170A；開始在基底上沉積制備結(jié)構(gòu)梯度定向生長(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃膜。本發(fā)明制備簡單，效果非常顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采用物理氣相沉積可控制備結(jié)構(gòu)梯度Sb-Bi-Te膜的方法，特別涉及一種利用真空蒸發(fā)鍍膜可控制備結(jié)構(gòu)梯度定向生長Sb-Bi-Te膜的方法。

背景技術(shù)

熱電材料是一種能實(shí)現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的固體材料，很適合于制備微型電源和局部制冷器件。用熱電材料加工的熱電器件在民用領(lǐng)域，尤其是在軍事和航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。不僅可利用各種熱能(太陽能、工業(yè)、汽車尾氣廢熱)實(shí)現(xiàn)發(fā)電，也可用作軍用衛(wèi)星、航天器、潛艇的主動熱控和飛行器的微型軍用電源。而熱電轉(zhuǎn)換效率低是制約熱電材料發(fā)展和應(yīng)用的主要因素，提高熱電優(yōu)值ZT值(ZT＝TσS²/k，T＝溫度、σ＝電導(dǎo)率、k＝熱導(dǎo)率、S＝Seebeck 系數(shù))一直是熱電材料研究的重點(diǎn)。當(dāng)前國際的研究方向主要集中在對現(xiàn)有體系的摻雜或開發(fā)新的多元復(fù)雜化合物體系或材料結(jié)構(gòu)低維納米化上,希望研發(fā)出具有高功率因子(σS²)、低熱導(dǎo)率(k)的材料。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)Bi₂Te₃基材料的熱電性能在室溫附近最好，它們的商用塊體的熱電品質(zhì)因子ZT一般在1左右。目前，提升ZT值有兩大方法：一是聲子工程方法，核心是增強(qiáng)聲子散射，降低聲子熱導(dǎo)率；二是能帶工程方法，核心是調(diào)控能帶結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)。理論和實(shí)驗(yàn)研究均表明熱電材料的低維結(jié)構(gòu)化可大幅提高材料的熱電優(yōu)值。因此通過材料微觀組織的低維結(jié)構(gòu)梯度化，實(shí)現(xiàn)低維結(jié)構(gòu)梯度定向生長。低維結(jié)構(gòu)梯度定向生長膜提供載流子擇優(yōu)輸運(yùn)通道，增強(qiáng)載流子遷移率，從而提高材料的Seebeck系數(shù)和改善材料的電導(dǎo)，導(dǎo)致材料的功率因子提升；尤其,在低維結(jié)構(gòu)梯度定向生長膜中，低維結(jié)構(gòu)梯度化可以有利聲子散射，即有利于短、中、長波等各波段聲子散射，導(dǎo)致極大降低材料的熱導(dǎo)。因此，材料微觀組織的定向低維結(jié)構(gòu)梯度化是實(shí)現(xiàn)碲化鉍基熱電材料性能突破的重要途徑之一，也為開發(fā)新穎低維結(jié)構(gòu)梯度定向生長膜的面外型高效熱電器件提供一條思路。