[發明專利]一種利用磁性顆粒的自旋散射提高熱電效應的材料和方法及制備

在審

• 申請號: 202010467364.6
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111653661A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 隋文波;楊德政;薛德勝;司明蘇
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H01L35/12
• 分類號: H01L35/12;H01L35/20;H01L35/34
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 賈慧娜

本發明屬于熱電材料領域，提出一種利用磁性顆粒的自旋散射提高熱電效應的材料和方法及制備，在熱電材料中摻入磁性金屬顆粒。金屬Cu摻有磁性Co顆粒，產品為Co?Cu顆粒狀薄膜。通過磁控濺射臺，采用Co?Cu共濺射法在高真空條件下制備Co?Cu顆粒狀薄膜。有益效果：熱電效率有了大幅度的提升。由于磁性顆粒的摻入，新形成的熱電材料還具備了磁性，同時新材料的阻塞溫度也有一定的提高，因而在應用領域上更加廣泛。

技術領域

本發明屬于熱電材料領域，涉及一種利用磁性顆粒的自旋相關性散射提高熱電效應的新方法。

背景技術

熱電是一種將熱量直接轉換為電能的新能源技術，熱功率作為熱電材料的衡量參數對于材料熱電性能起著舉足輕重的作用。隨著空間探索活動的增加、醫用物理學的進展以及在地球上高難度資源考察與探索活動的出現，需要開發一類能夠自身供能且無需照看的電源系統，熱電發電對這些應用尤其合適。另外利用熱電材料制備的微型元件，如用于制備微型電源、微區冷卻、光通信激光二極管、紅外線傳感器的調溫系統，這些都大大拓展了熱電材料的應用領域。因此，熱電材料是一種有著廣泛應用前景的材料，在環境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現實意義。

最近，我們發現不同于傳統的避免提高熱電需要盡量避免使用磁性材料，我們的發明顯示，利用電子自旋可以為開發下一代高性能熱電材料帶來了廣闊的前景。新的研究成果直接證實熱電效率的巨大提高，來源于磁性顆粒的自旋相關散射，為我們探測新途徑提供了更為廣闊的前景。

發明內容

本發明的目的是對于熱電材料進行改進以提高熱電效應，利用顆粒的自旋相關散射，通過在金屬Cu摻入磁性Co顆粒來提高薄膜的熱電效率。

本發明的技術方案：一種利用磁性顆粒的自旋散射提高熱電效應的方法，在熱電材料中摻入磁性金屬顆粒，形成復合材料，以此提高熱電效率。

一種利用磁性顆粒的自旋散射提高熱電效應的材料，金屬Cu摻有磁性Co顆粒，產品為Co-Cu顆粒狀薄膜，呈“111”取向。

利用磁性顆粒的自旋散射提高熱電效應的材料的制備方法，通過磁控濺射臺，采用Co-Cu共濺射法在高真空3×10^-5Pa條件下制備Co-Cu顆粒狀薄膜，沉積過程中Ar壓力為0.3Pa；Co-Cu的組成比例通過調節Co和Cu的濺射速率來控制；為了保持Co-Cu組成均勻，在濺射過程中旋轉所有樣品。

優選的是：所得樣品的厚度為300nm。

磁性Co在Co-Cu顆粒狀薄膜的質量含量為15％至30％的。

本發明的有益效果：與傳統盡量避免磁性雜質以實現更大的熱電效率的概念相反，而是通過摻雜磁性顆粒來提高熱電效率。制備的Co-Cu顆粒薄膜具備(111)單相結構。通過物理性質測量系統(PPMS)來表征電傳輸和熱傳輸測量，結果表明：通過摻雜一定的磁性金屬粒子，獲得的改良后的熱電材料，其熱電效率有了大幅度的提升。由于磁性顆粒的摻入，新形成的熱電材料還具備了磁性，同時新材料的阻塞溫度也有一定的提高，因而在應用領域上更加廣泛，對于未來熱電材料的發展有著相當重要的作用。即使是納米磁體處于超順磁性狀態，自旋散射也能提高熱電效率。

附圖說明

附圖1為制備的Co-Cu顆粒薄膜SEM的微觀形貌圖；

附圖2為制備的Co-Cu顆粒薄膜的XRD圖譜；

附圖3為制備的Co-Cu顆粒薄膜的熱電效率隨溫度的變化曲線；

附圖4為制備的Co-Cu顆粒薄膜的電阻和熱電系數隨磁場的變化關系；

附圖5為制備的Co-Cu顆粒薄膜的阻塞溫度和飽和磁化強度(300K)隨Co含量的變化關系。

具體實施方式