[发明专利]利用真空蒸发镀膜可控制备结构梯度定向生长Sb-Bi-Te膜的方法

说明书

本发明涉及一种利用真空蒸发镀膜可控制备结构梯度定向生长Sb‑Bi‑Te膜的方法，包括步骤：(1)将(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃和Te粉末(质量比(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃:Te＝10:0.8～1.2均匀混合)在8～10MPa压力下压制(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃和Te混合材料成块体；(2)基底在丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗后并用氮气吹干；(3)将0.1～0.2g的(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃和Te混合材料压制成的块体放入真空镀膜机真空室的钨舟中；(4)向真空室内充入2～5min氮气；(5)真空度达到2.0×10^－4～5.0×10^－4Pa时，打开加热控温电源，设加热温度100～200℃，开始对基底升温；(6)温度升至预定温度100～200℃后，在PID控制器上设定沉积速率进行沉积；(7)调节输出电流160～170A；开始在基底上沉积制备结构梯度定向生长(Bi_0.2Sb_0.8)₂Te₃膜。本发明制备简单，效果非常显著。

技术领域

本发明涉及采用物理气相沉积可控制备结构梯度Sb-Bi-Te膜的方法，特别涉及一种利用真空蒸发镀膜可控制备结构梯度定向生长Sb-Bi-Te膜的方法。

背景技术

热电材料是一种能实现热能与电能相互转换的固体材料，很适合于制备微型电源和局部制冷器件。用热电材料加工的热电器件在民用领域，尤其是在军事和航天领域有着广泛的应用。不仅可利用各种热能(太阳能、工业、汽车尾气废热)实现发电，也可用作军用卫星、航天器、潜艇的主动热控和飞行器的微型军用电源。而热电转换效率低是制约热电材料发展和应用的主要因素，提高热电优值ZT值(ZT＝TσS²/k，T＝温度、σ＝电导率、k＝热导率、S＝Seebeck 系数)一直是热电材料研究的重点。当前国际的研究方向主要集中在对现有体系的掺杂或开发新的多元复杂化合物体系或材料结构低维纳米化上,希望研发出具有高功率因子(σS²)、低热导率(k)的材料。经研究发现Bi₂Te₃基材料的热电性能在室温附近最好，它们的商用块体的热电品质因子ZT一般在1左右。目前，提升ZT值有两大方法：一是声子工程方法，核心是增强声子散射，降低声子热导率；二是能带工程方法，核心是调控能带结构，优化电导率和Seebeck系数。理论和实验研究均表明热电材料的低维结构化可大幅提高材料的热电优值。因此通过材料微观组织的低维结构梯度化，实现低维结构梯度定向生长。低维结构梯度定向生长膜提供载流子择优输运通道，增强载流子迁移率，从而提高材料的Seebeck系数和改善材料的电导，导致材料的功率因子提升；尤其,在低维结构梯度定向生长膜中，低维结构梯度化可以有利声子散射，即有利于短、中、长波等各波段声子散射，导致极大降低材料的热导。因此，材料微观组织的定向低维结构梯度化是实现碲化铋基热电材料性能突破的重要途径之一，也为开发新颖低维结构梯度定向生长膜的面外型高效热电器件提供一条思路。