Bi-,2-Te-,3-基溫差電材料薄膜和一維納米線的電化學(xué)制備、表征及形成機(jī)理研究.pdf

1、低維溫差電材料在溫差制冷和溫差發(fā)電方面展現(xiàn)的廣闊應(yīng)用前景引起了科學(xué)界的普遍關(guān)注.本論文以電化學(xué)技術(shù)制備Bi<,2>Te<,3>基溫差電材料為目的,通過循環(huán)伏安、交流阻抗、陰極極化等電化學(xué)測(cè)試技術(shù)對(duì)含有Bi<'3+>、HTeO<'2+>和SbO<'+>的單組分溶液體系、二元溶液體系及三元溶液體系的電化學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究,提出了具體的反應(yīng)機(jī)理.在理論研究基礎(chǔ)上,結(jié)合.ESEM、FETEM、HREM、SEAD、XPS、XRD、EDS、EDX

2、等現(xiàn)代物理測(cè)試技術(shù)對(duì)電沉積Bi<,2>Te<,3>和Bi<,2-x>Sb<,x>Te<,3>溫差電薄膜及納米線陣列的形貌、結(jié)構(gòu)、組成及性能等進(jìn)行了表征,并對(duì)影響溫差電性能的因素進(jìn)行了深入的探討. 由于離子間相互作用的結(jié)果,Bi<'3+>、HTeO<'+><,2>和SbO<'+>在Bi-Te體系、Sb-Te體系和Bi-Sb-Te三元體系中的電化學(xué)行為完全不同于各個(gè)單組分體系.研究表明HTeO<'+><,2>在混合溶液的整個(gè)電沉積過

3、程中具有非常重要的作用,它能夠吸附在鉑電極表面而首先被還原,再與其它離子反應(yīng)生成相應(yīng)的化合物. 采用電化學(xué)恒電位沉積技術(shù)制備了Bi<,2>Te<,3>及Bi<,2-x>Sb<,x>Te<,3>薄膜溫差電材料,通過控制沉積電位可以調(diào)節(jié)薄膜的組成,影響材料的溫差電性能,進(jìn)而能夠根據(jù)需要設(shè)計(jì)材料,進(jìn)行有目的的電化學(xué)合成.電沉積Bi<,2>Te<,3>薄膜為n型半導(dǎo)體,-0.030V是最佳沉積電位,其塞貝克系數(shù)約為-44μV·K<'-1

4、>.而Bi<,2-x>Sb<,x>Te<,3>薄膜為P型半導(dǎo)體,控制沉積電位為-0.5V條件下電沉積薄膜的塞貝克系數(shù)達(dá)最大,為213μV·K<'-1>,其組成為Bi<,0.5>Sb<,1.5>Te<,3>.在室溫范圍內(nèi),電沉積Bi<,2-x>Te<,3+x>和Bi<,2-x>Sb<,x>Te<,3>溫差電薄膜的塞貝克系數(shù)均隨溫度的升高呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),而薄膜電阻卻不斷降低.此外,多元摻雜能夠提高材料的電導(dǎo)率,是改善材料溫差電性能的有效方法

5、. 以多孔氧化鋁薄膜為模板,通過直流電沉積技術(shù)成功制備了Bi<,2>Te<,3>和Bi<,2-x>Sb<,x>Te<,3>一維納米線溫差電材料.恒電位沉積的Bi<,2>Te<,3>納米線為多晶體,具有六方晶體結(jié)構(gòu).恒電流沉積的Bi<,2-x>Sb<,x>Te<,3>納米線的組成隨著沉積電流的變化而改變,因此可以通過調(diào)節(jié)沉積電流的大小控制納米線的組成,進(jìn)而改善材料的溫差電性能.納米線陣列的塞貝克系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于塊狀材料,成分分布不均勻