[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

说明书

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种纤维素纸/Bi₂Te₃(碲化铋)热电薄膜复合材料及其制备方法。该复合材料包括纤维素纸基体以及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。纤维素纸/热电薄膜复合材料利用非平衡磁控沉积技术制备，该复合材料具有很高的热电能量转换效率，同时表现出良好的柔韧性能，是一种极具应用前景的柔性热电换能材料。沉积热电材料结晶质量高，具有纳米尺度晶粒的致密结构，其厚度、成分均匀可调，热电性能接近于商用块体材料，可应用于柔性能源器件、微型传感器以及控温元件等领域。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种纤维素纸/Bi₂Te₃(碲化铋)热电薄膜复合材料及其制备方法，该复合材料可作为柔性热电能量转换器件、微型传感器等方面的应用。

背景技术

近年来，随着能源供给与经济发展之间的不平衡凸显，世界范围内的能源危机与环境污染日益严重，“节能减碳”和寻求清洁能源技术是当今各国无不关心的议题。热电材料是能使热与电两种不同形态的能量相互转换的先进功能性半导体材料，可充分利用日常生产和生活中的废热再发电，是当前我国资源高效利用、余热余能回收等节能环保科技专项中的重要研究内容。热电材料在某一个方向的尺寸被限制到纳米范围时，其热电转换性能将会大幅提升。因此，薄膜热电材料等得到了科学界和工业界的广泛关注和快速发展。

目前，热电材料的重要应用方向为柔性能源器件、微型传感器和制冷芯片等领域。高分子型热电材料由于其制备成本低、质量轻且具有良好的柔韧性能，引起了科学家们很大的研究关注。但是，由于其较低的热电能量转化效率、空气中的稳定性差、n型和p型难以匹配等问题，高分子型热电材料的实用化过程依然非常漫长。从室温至473K之间，无机类热电材料依然具有最高的能量转换效率。然而，无机热电材料一般为共价键半导体材料，其具有本征的脆性，熔点低、组分易于变化等特性，用普通的物理化学方法很难在较低的温度下制备结构致密且具有高结晶质量和良好结合力的热电薄膜材料。因此，亟待制备一种易于合成且具有良好热电转换性能和柔性的热电材料。该材料应具备可调控的热电性能，良好的抗弯折变形性能以及极佳的结合力，且易于组装成微型器件，以期填补我国在该类型热电器件上的空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料及其制备方法，通过先进的非平衡磁控沉积技术，合成一种纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，并对其热电性能和抗弯折性能进行了测试，为进一步制备相关领域的微型器件做好材料准备。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，该复合材料包括纤维素纸基体以及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。

所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，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。

所述的纤维素纸/Bi₂Te₃热电薄膜复合材料，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。