半導體熱電材料Bi-Sb合金薄膜的電化學制備.pdf

1、半導體熱發(fā)電模塊直接將熱能轉化為電能,無需化學反應及機械移動,可應用于火力發(fā)電廠、汽車尾氣等余熱發(fā)電,節(jié)能環(huán)保,有廣闊的應用前景。Bi(1-x)SbxRY是很好的低溫熱電材料,電沉積是其重要的制備方法之一。沉積條件的變化及電解質(zhì)體系的改變,均會對沉積膜的組成、形貌和組織結構產(chǎn)生影響,因此系統(tǒng)了解Bi-Sb合金沉積過程的電化學特性,及微觀組織結構與沉積參數(shù)之間的關系具有重要的科學意義和應用價值。
　　 本文選擇鉍、銻鹽為主要原料,

2、在研究Bi(Ⅲ),Sb(Ⅲ)離子在水溶液中的電化學行為的基礎上,探討了溫度、pH值、主鹽濃度、添加劑等對沉積膜組成、結構的影響,應用綜合熱分析儀測定熱處理過程中材料的DSC曲線,應用XRD、SEM對其結構及形貌進行表征,獲得該材料的電沉積制備條件與其結構、熱電性能的作用規(guī)律,為Bi-Sb薄膜的電沉積制備提供理論指導。研究的主要內(nèi)容包括以下幾個部分:
　　 1.針對Sb(Ⅲ)-HCl-H2O體系,應用熱力學計算方法,根據(jù)同時平衡原

3、理建立數(shù)學模型,以Sb(Ⅲ)的總濃度5×10-5mol/L為例,計算了不同pH時Sb(Ⅲ)的各種存在形式的濃度。Sb(Ⅲ)-HCl-H2O體系中,當1.30＜pH＜4時,Sb(Ⅲ)主要以SbO+的形式存在,含量大于99.8%。
　　 2.以熱力學計算結果為基礎,根據(jù)檸檬酸和Sb(Ⅲ)的配合反應,按照等摩爾連續(xù)變化法配制系列溶液,采用紫外分光光度法測定分析得到pH=2.5時,檸檬酸能與SbO+以1:1形成配合物,其穩(wěn)定常數(shù)為9.4

4、×105。
　　 3.通過對Bi-Sb合金膜電沉積液體系極化曲線的研究,理論上確定了電沉積溶液體系的主鹽為氯化銻、氯化鉍;研究了各種添加劑的對電沉積過程的影響規(guī)律;通過極化曲線,確定適宜了的電沉積條件為50mL電解質(zhì)溶液中硼酸1.0g,檸檬酸1.5-2.5g,檸檬酸鈉2.0-2.5g,氯化鈉2.0-2.5g,硫脲0.01g,酒石酸0.1g。
　　 4.研究熱電材料Bi-Sb薄膜的電化學制備方法,通過原子吸收和滴定的方法分

5、別考察不同電沉積條件:溫度、pH、電勢范圍、主鹽濃度對電沉積的Bi-Sb薄膜中各金屬含量的影響,在此基礎上,進行正交試驗,確定適宜的工藝條件為pH值為0～1,溫度30～35℃,主鹽濃度為0.4～0.6,沉積電勢范圍為[-0.7,-0.5]V。
　　 5.在上述最優(yōu)的工藝參數(shù)條件下制備出的摻雜La、Ce樣品薄膜,進行表征分析。DSC測試表明,鑭、鈰摻雜提高了Bi-Sb合金膜的抗氧化性。SEM形貌表征表明,稀土La、Ce的加入使Bi