[發明專利]一種表面具有多孔結構的碲化鉍柔性復合薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110352627.3
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113088910B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 劉帥;謝曉銳;韓文靜;劉迎港
• 申請（專利權）人: 西安石油大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明提出一種表面具有多孔結構的碲化鉍柔性復合薄膜及其制備方法，首先，采用磁控濺射的方法，在聚酰亞胺柔性襯底表面沉積一層碲化鉍薄膜。隨后，通過管式燒結爐在惰性氣體保護的條件下，對碲化鉍薄膜進行一定溫度下的退火處理，可得到表面孔隙尺寸和密度可控的多孔結構碲化鉍柔性復合薄膜。本發明主要利用聚酰亞胺高分子柔性襯底和碲化鉍薄膜在熱膨脹系數上的差異，通過熱處理誘導碲化鉍薄膜表面產生多孔結構。

技術領域

本發明屬于薄膜材料表面改性技術領域，涉及一種表面具有多孔結構的碲化鉍柔性復合薄膜及其制備方法。

背景技術

熱電轉換技術主要是通過材料的本征傳輸特性，實現熱能和電能之間的相互轉換。該技術具有無污染、無噪音、壽命長和可靠性高等優勢，是理想的綠色環保型全固態能源產生方式。相比于塊體熱電材料，柔性熱電薄膜具有較高的熱接觸面積和能源利用率，且能夠適應如工業熱源傳輸管道、發動機余熱轉化等復雜應用場景。但當前的柔性熱電薄膜仍存在轉化效率偏低的問題。

熱電器件的能量轉化效率主要取決于組成材料的無量綱熱電優值，ZT＝(α2σ/)·T，其中T為溫度，σ、α、分別代表材料的電導率、Seebeck系數和熱導率。性能優異的熱電材料必須同時具備較高的電導率和較低的熱導率。但材料的電/熱輸運性能一般具有較強的關聯性，在通常條件下電導率和熱導率同增同減，由此帶來熱電優值提升的技術挑戰。碲化鉍是目前中低溫區性能最優異的熱電材料，同樣存在電導率和熱導率同增同減的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種表面具有多孔結構的碲化鉍柔性復合薄膜及其制備方法，以解決現有技術中碲化鉍薄膜在提高電導率的同時熱導率較高的問題。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種表面具有多孔結構的碲化鉍柔性復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將聚酰亞胺襯底放置于磁控濺射設備中，在聚酰亞胺襯底上沉積碲化鉍薄膜，獲得過程碲化鉍柔性復合薄膜；

步驟2，將過程碲化鉍柔性復合薄膜退火處理，獲得最終的碲化鉍柔性復合薄膜。

本發明的進一步改進在于：

優選的，步驟1中，聚酰亞胺襯底的厚度為100μm。

優選的，步驟1中，磁控濺射的靶材為碲化鉍合金，所述碲化鉍合金中的Bi和Te的原子比為2:3，靶材規格為φ2?inch×5mm。

優選的，步驟1中，磁控濺射的功率為20-30W，施加襯底偏壓為20V，濺射時間為10-20分鐘。

優選的，步驟1中，磁控濺射以前，將聚酰亞胺襯底加熱至200℃。

優選的，步驟1中，在磁控濺射以前濺射氬氣，氣體流量為50sccm，工作氣壓為1Pa。

優選的，步驟2中，退火處理的裝置為單溫區管式爐。

優選的，步驟2中，退火處理的氛圍為氬氣環境。

優選的，步驟2中，退火溫度為150℃-300℃，退火時間為2h。

一種通過上述制備方法制得的表面具有多孔結構的碲化鉍柔性復合薄膜，所述復合薄膜包括聚酰亞胺襯底和碲化鉍薄膜，碲化鉍薄膜在聚酰亞胺襯底上，所述碲化鉍薄膜的厚度為200-300nm。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：