[發明專利]基底選擇性熱電轉換CoMnSbV薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 202010862797.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112030124B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 藍碧健
• 申請（專利權）人: 太倉碧奇新材料研發有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/18;C23C14/58;C23C14/16;H01L35/02;H01L35/20;H01L35/34
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務所(普通合伙) 32267
• 代理人: 朱智杰

本發明屬于電子材料技術領域，具體為一種基底選擇性熱電轉換CoMnSbV薄膜的制備方法。本發明提出的方法是以玻璃、云母、單晶硅、氟化鈣晶體、氯化鈉晶體、溴化鉀晶體、氟化鎂晶體為基底，在磁控濺射鍍膜機中，通過控制真空度，氣體流量，靶基距離，沉積順序及循環次數，退火溫度等，制備CoMnSbV薄膜。CoMnSbV薄膜的熱電優值具有基底選擇性，最大熱電優值可達2，適用于中等規模使用，如汽車廢熱發電。

技術領域

本發明屬于電子材料技術領域，具體涉及一種基底選擇性熱電轉換CoMnSbV薄膜的制備方法。

背景技術

隨著全球經濟對清潔能源的需求不斷增長，尋求新的綠色能源成為當務之急，熱電材料作為一種能有效實現熱能與電能相互轉換的新型功能材料，對環境綠色無污染而倍受青睞。材料的熱電性能取決于熱電優值ZT，ZT=α²σT/κ(其中，α為Seebeck系數，σ為電導率，T為溫度，κ為熱導率)，ZT值越大，則材料的熱電轉換效率越高。采用霍爾效應測試儀測試薄膜室溫下的電輸運性能，通過熱電系數測量儀等測量薄膜的Seebeck系數和變溫電導率。

錫和硒是優良的熱電材料，但由于它們像疊紙一樣以多晶的形式存在，所以很難控制其晶體結構，這就導致熱電效率難以實現。在材料上施加高溫和高壓是昂貴的，而且很難在理想的方向上疊加晶體。韓國標準與科學研究所（KRISS）開發了一種向特定方向生長硒化錫的方法，制備了tin-di-selenide薄膜，然后對其進行退火，使硒原子蒸發，生成硒化錫薄膜。晶體結構也被對齊，使得電子性能比以前提高了10倍以上（NatureCommunications, 2019, 10: 864）。

浙江師范大學采用液相化學還原法制備了高縱橫比、高導電性的鎳納米線。采用溶液混合澆鑄和壓鑄相結合的方法制備了聚偏二氟乙烯(PVDF)/Ni NW復合膜。研究了不同摻量的Ni NW對聚偏氟乙烯/Ni NW納米復合材料形貌、晶體結構和熱電性能的影響。通過將優化制備的、具有高長徑比和優異導電性的鎳納米線(Ni NWs) 與聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物進行混合和模壓成形，得到了具有優良熱電轉換性能的柔性聚合物復合材料。 研究表明，鎳納米線均勻分布在PVDF基體中。隨著Ni NW含量的增加，復合材料的電導率顯著提高，在75% wt% Ni NW的情況下， 該復合聚合物的電導率呈現大幅度增加，其功率因數提升至24.31μWm^-1 K^-2，是PVDF基體功率因數的69倍。 雖然復合材料的抗拉強度和延伸率逐漸降低，但這種柔性熱電膜仍顯示出巨大的應用潛力。 難能可貴的是，該聚合物材料展現出優良的柔韌性和機械性能，有望在可穿戴式和植入性電子設備中得到應用（Materials Design，2020，188：108496）。

金屬及合金是一類性能優異的熱電材料，有晶格取向的熱電薄膜的熱電性能要優于常規二維或三維熱電材料。

熱電薄膜的基底通常有玻璃、硅、氮化鎵，以及柔性的塑料基底，熱電薄膜的制備方法有濕法（溶液法）或干法（真空沉積、球磨壓片）等。

絕大部分熱電薄膜對基底沒有選擇性，即在塑料、玻璃以及硅片上用同種方法制備的熱電薄膜熱電性能一致。

即使有部分報道顯示，在硅上制備的熱電薄膜，其熱電性能較塊體或粉末有較大幅度的提升，但未與其他基底制備的薄膜進行比較。

如何獲得晶格取向的熱電薄膜是本領域的技術難題。本領域的經驗常識是晶格匹配度高，制備的熱電薄膜的晶格取向就好，則熱電薄膜的性能就高。

但上述經驗不具有普適性，在塑料、玻璃、單晶硅、云母片上制備的Ag 摻雜ZnSb基熱電薄膜，其熱電性能與文獻報道一致（中國有色金屬學報，2019，29： 312）。塑料、玻璃、是無定形材料，單晶硅、云母片的晶格常數分別為0.54nm、0.53nm。一種新材料在制備之前，無法知曉其晶格常數，即使通過現有理論估算其晶格常數，往往也不準確。