[发明专利]纳米结构热电材料、器件及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米结构热电材料，其特征在于：该热电材料包括绝缘衬底和热电膜；所述热电膜包括至少2层热电层和至少2层声子散射层，热电层和声子散射层交替覆盖，最里侧的1层热电层覆盖在衬底上，所述热电层的厚度为1nm～200nm；所述声子散射层的厚度为1nm～100nm。

2.根据权利要求1所述的一种纳米结构热电材料，其特征在于：所述热电层的层数为2～10000；所述声子散射层的层数为2～10000；所述衬底为玻璃、二氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化镁、云母、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺6、共聚多酰胺6-X、聚芳香酰胺MXD6或聚苯硫醚，所述共聚多酰胺6-X中的X＝6～12之间的自然数；所述热电层为单质热电材料或化合物热电材料；所述声子散射层为纳米颗粒层或者绝缘纳米薄膜层。

3.根据权利要求2所述的一种纳米结构热电材料，其特征在于：所述单质热电材料为铋或硅；所述化合物热电材料为铋碲系合金、钴锑系合金、硅锗系合金、铋锑系合金、铅碲系合金、锌锑系合金或镁硅系合金；所述纳米颗粒层为纳米金属颗粒层或纳米绝缘颗粒层；纳米金属颗粒层中金属颗粒之间相互不接触。

4.根据权利要求3所述的一种纳米结构热电材料，其特征在于：所述纳米金属颗粒层为高熔点金属、过渡金属、半金属或类金属；所述纳米绝缘颗粒层为二氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化镁、碳化硅、氧化钛或氮化钛；所述金属颗粒和绝缘颗粒的粒度为1nm～100nm；所述绝缘薄膜层为二氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氧化钛或氮化钛。

5.根据权利要求4所述的一种纳米结构热电材料，其特征在于：所述高熔点金属为钨、钼、金、钛、铌或它们的合金；所述过渡金属为镍、铁、钴、铬或它们的合金；所述半金属为铋、锑或它们的合金；所述类金属为硅、锗或它们的合金。

6.根据权利要求1所述的一种纳米结构热电材料，其特征在于：所述热电层是p型热电材料，得到p型纳米结构热电材料；所述热电层是n型热电材料，得到n型纳米结构热电材料。

7.根据权利要求1所述的一种纳米结构热电材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

(1)清洗衬底，去除油脂和附着物；

(2)采用物理气相方法或者化学方法在清洗过的衬底上沉积一层热电层，再沉积一层声子散射层，反复沉积操作2～10000次，得到具有周期结构的热电膜；

(3)将热电膜在真空或者惰性气体氛围中，在60～1000℃下，进行进行热处理10分钟～100小时，得到纳米结构热电材料。

8.根据权利要求1所述的一种纳米结构热电材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述物理气相方法为溅射法、热蒸法、电子束蒸发沉积法或激光束蒸发沉积法；所述溅射的功率密度为0.1W/cm²～20W/cm²。

9.根据权利要求1所述的一种纳米结构热电材料应用于制备热电器件。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述热电器件按以下操作步骤进行制备：将沿衬底交替平行间隔排列的带状p型纳米结构热电材料和n型纳米结构热电材料之间镀上连接电极，构成p-n热电对，使电流沿热电膜表面传输；将多个热电对并联或串联得到热电器件。