Bi-Te薄膜材料的電化學制備及其熱電性能研究.pdf

1、對于合金熱電薄膜材料，傳統(tǒng)的制備方法如氣相沉積、分子外延生長等存在著設(shè)備依賴性強、靶材價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降低成本、簡化工藝。
　　在10 mM Bi3++15 mM HTeO2++1 M HNO3的電鍍液體系中，實現(xiàn)了對

2、不同表面形貌的純相n型Bi2Te3熱電薄膜的可控制備:當沉積電位為-0.20 V，沉積時間為120 s時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，沉積時間為60 s時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，功率因子達了7.222×10-4 W·m-1·K2，優(yōu)于n型純相Bi2Te3的熱電性能，實現(xiàn)了自身摻雜對載流子類型的改變和性能的優(yōu)化。
　　對以上體

4、系進行分析，研究Bi-Te薄膜的共沉積機理:Bi3+優(yōu)先析出還原為Bi0，同時誘導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)定生長階段發(fā)生Bi3+、HTeO2+的共沉積反應(yīng)，且此時受擴散步驟控制，晶核連續(xù)橫向長大，相互連接形成致密薄膜。
　　在此沉積機理的啟發(fā)下，采用周期性脈沖雙電位法，對Bi-Te納米棒陣列的無模板輔助電沉積進行了探索。陣列薄膜中Bi-Te納米棒的直徑約為80～12