[发明专利]一种纤维素纸／Bi2Te3热电薄膜复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，其特征在于：选用具有绝缘、低热导率和良好柔性的纤维素纸作为基底材料，其同时具备多孔结构和纤维增强特性，该复合材料包括纤维素纸基体以及通过非平衡磁控沉积技术对纤维素纸进行双面均匀沉积在其表面上的Bi₂Te₃热电薄膜层；其中，纤维素纸厚度为50～100μm，Bi₂Te₃热电薄膜层的名义厚度为5～10μm；

Bi₂Te₃热电薄膜层为结构致密、晶粒尺寸均匀的多晶热电薄膜层，沉积于纤维素纸上的薄膜层晶粒尺寸在90～520nm范围内变化；

纤维素纸/热电薄膜复合材料的轴向电导率为500～1000S/cm，Seebeck热电系数50～100μV/K；

纤维素纸/热电薄膜复合材料弯折半径为10mm时，电阻值的相对变化小于10％；弯折半径为20mm时，电阻值的相对变化小于3％，且热电系数无明显改变。

2.根据权利要求1所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，其特征在于：纤维素纸由取向随机分布且直径在0.5～10μm范围内变化的纤维素纤维所构成，纤维素纸内的纤维长度在100～500μm。

3.根据权利要求1所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，其特征在于：Bi₂Te₃热电薄膜层名义厚度为在同等沉积条件下，沉积于表面平整的SiO₂基片上的厚度。

4.一种权利要求1所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：采用非平衡磁控溅射技术沉积镀膜，待沉积的纤维素纸处于对靶的中心，保障纤维素纸两面同时沉积相同厚度的热电薄膜材料，以便增加热电薄膜材料的有效厚度，同时不降低复合材料的柔性。

5.根据权利要求4所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料的制备方法，其特征在于：在纤维素纸表面均匀旋涂环氧树脂类有机涂层，避免纤维素纸在变形过程中，热电薄膜材料与纤维素纸层发生分离和脱落。

6.根据权利要求4所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)纤维素纸表面处理：

对纤维素纸表面进行吹洗，使用干燥压缩气体吹洗5～10分钟，保证表面清洁；

(2)纤维素纸装样准备：

将纤维素纸安置于中间镂空、可加热和旋转的样品支架上，使用导热银胶将纤维素纸粘附于样品支架表面，样品支架与靶材间距为5～15cm；

(3)纤维素纸表面沉积Bi₂Te₃热电薄膜层：

在非平衡磁控沉积系统内进行薄膜层的生长条件为：溅射靶材为商用块体Bi₂Te₃，背景真空度为(4～6)×10^-4Pa，工作气体为0.4～0.6Pa的高纯氩气，生长加热温度范围为室温至100℃，沉积速率为2～5μm/h，沉积功率为40～80W，样品支架旋转速度为20～40转/分钟。

7.根据权利要求6所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，沉积温度为室温时，薄膜的晶粒尺寸为90～110nm，晶粒尺寸大小均匀；沉积温度100℃时，薄膜晶粒尺寸为480～520nm，晶粒尺寸大小均匀。