Bi-Te薄膜材料的電化學(xué)制備及其熱電性能研究.pdf

1、對(duì)于合金熱電薄膜材料，傳統(tǒng)的制備方法如氣相沉積、分子外延生長(zhǎng)等存在著設(shè)備依賴性強(qiáng)、靶材價(jià)格昂貴和大面積制備困難等弊端。本論文采用電沉積的方法，通過調(diào)控電鍍液成分及電沉積工藝參數(shù)，在金種層修飾的導(dǎo)電玻璃基底(Au/ITO)上，制備了較大面積的純相n型Bi2Te3和p型BixTey熱電薄膜材料，在具有良好的熱電性能的同時(shí)降低成本、簡(jiǎn)化工藝。
　　在10 mM Bi3++15 mM HTeO2++1 M HNO3的電鍍液體系中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)

2、不同表面形貌的純相n型Bi2Te3熱電薄膜的可控制備:當(dāng)沉積電位為-0.20 V，沉積時(shí)間為120 s時(shí)制備的薄膜具有致密連續(xù)的麥粒狀微觀形貌，其電阻率為8.060×10-6Ω·m，載流子濃度為5.029×1020 cm-3，Seebeck系數(shù)為-64.949μV·K-1，功率因子為5.234×10-4 W·m-1·K2，具有最佳的n型熱電性能。
　　在12.5 mM Bi3++12.5 mM HTeO2++1 M HNO3的電鍍

3、液體系中，制備了具有Bi2Te3六方相結(jié)構(gòu)的p型富Bi熱電薄膜材料。在沉積電位為-0.25 V，沉積時(shí)間為60 s時(shí)制備的薄膜制具有致密連續(xù)的麥粒狀微觀形貌，其電阻率為4.525×10-6Ω·m，載流子濃度為1.093×1021 cm-3，Seebeck系數(shù)為57.168μV·K-1，功率因子達(dá)了7.222×10-4 W·m-1·K2，優(yōu)于n型純相Bi2Te3的熱電性能，實(shí)現(xiàn)了自身?yè)诫s對(duì)載流子類型的改變和性能的優(yōu)化。
　　對(duì)以上體

4、系進(jìn)行分析，研究Bi-Te薄膜的共沉積機(jī)理:Bi3+優(yōu)先析出還原為Bi0，同時(shí)誘導(dǎo)HTeO2+發(fā)生欠電位沉積。在優(yōu)選電位下，致密薄膜的形核過程為依附于金種層的均勻形核;其穩(wěn)定生長(zhǎng)階段發(fā)生Bi3+、HTeO2+的共沉積反應(yīng)，且此時(shí)受擴(kuò)散步驟控制，晶核連續(xù)橫向長(zhǎng)大，相互連接形成致密薄膜。
　　在此沉積機(jī)理的啟發(fā)下，采用周期性脈沖雙電位法，對(duì)Bi-Te納米棒陣列的無(wú)模板輔助電沉積進(jìn)行了探索。陣列薄膜中Bi-Te納米棒的直徑約為80～12