bi2te3热电材料的制备技术.ppt

Background
什么是热电材料呢？
热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料
1834年，法国钟表匠珀耳帖（Peltier）发现
电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热
直流电弧等离子体法
离子束溅射技术
电化学原子层外延
第十六页，共32页。
直流电弧等离子体法是利用直流电弧等离子体作为热源对材料进行加热、蒸发、气化并在收集体表面进行化学反应，形成超微粉，其实质是化学气相沉积。
第十七页，共32页。
制备流程图
第十八页，共32页。
左图：电弧电流对Bi2Te3粉末的产率和平均粒径的影响
右图：Ar压力对Bi2Te3粉末的产率和平均粒径的影响
第十九页，共32页。
气氛可变、温度易控、设备简单、易操作, 且合成速度快、活性强, 适合于工业化批量生产。
在制备Bi2Te3粉末时，Bi、Te的蒸发速度不同会引起成份偏差，在制备时须进行成份调节，调节不当便会对纯度造成影响。
第二十页，共32页。
溶剂热法
两步液相反应法
直流电弧等离子体法
离子束溅射技术
电化学原子层外延
第二十一页，共32页。
离子束溅射技术是利用高能粒子流来沉积薄膜的，其离子能量、入射角度及溅射速率等参数易于调节，组分控制简单且杂质少，易于控制薄膜生长。用此方法制备的薄膜具附着性佳、散射低且重复性优等优点。
第二十二页，共32页。
采用超高真空双离子束溅射仪溅射不同面积比例的Bi／Te二元复合靶，直接制备Bi 2Te3 热电薄膜。
×10-4 Pa，
×10-2Pa
第二十三页，共32页。
参数易于调节，组分控制简单且杂质少，易于控制薄膜生长，用此方法制备的薄膜具附着性佳、散射低且重复性优等优点。
过量的Bi和Te能增大薄膜的电导率，但降低了薄膜的Seebeck系数；
但高温状态下，熔点较低的Bi和高饱和蒸气压的Te易大量挥发，导致薄膜缺陷增多，且可能出现本征激发，影响薄膜电导率和Seebeck系数。
第二十四页，共32页。
溶剂热法
两步液相反应法
直流电弧等离子体法
离子束溅射技术
电化学原子层外延
第二十五页，共32页。
电化学原子层外延（ECALE）技术将电化学沉积技术与原子外延技术(ALE)相结合，是原子层外延的电化学模拟过程，它采用表面限制生长技术交替电化学沉积组成化合物的元素的原子层以形成化合物，沉积物的结构与成分受表面化学控制而不是受成核与生长动力学控制。
第二十六页，共32页。
ECALE法所用的主要设备有三电极电化学反应池,恒电位仪和计算机。工艺设备投资相对小，降低了制备成本；
作为一种电化学方法，膜可以沉积在设定面积或形状复杂的衬底上；
作为ALE方法的特例,可以将沉积物的组成元素分成不同步骤加以沉积,每步只考虑一种元素的沉积,单独控制。对于沉积过程中所涉及到的各种条件，如沉积电位、清洗过程、反应物流速、沉积时间等都可以根据具体要求灵活设定，达到对每一元素沉积参数的最优化选择；
与传统的薄膜制备方法相比ECALE主要有以下优点:
第二十七页，共32页。
反应物的来源很灵活，只要是含有该元素的可溶物都可以，而不像MBE、MOVCD等方法对反应物有特殊要求；
由于沉积的工艺参数（沉积电位、电流等）可控，故膜的质量重复性、均匀性、厚度和化学计量可精确控制；
不同与其它热制备方法，ECALE的工艺过程在室温下进行,最大程度地减小了不同材料薄膜间的互扩散,同时避免了由于不同膜的热膨胀系数不同而产生的内应力,保证了膜的质量。
第二十八页，共32页。
影响ECALE过程的几个因素：
反应电位
反应物浓度
支撑电极
PH值
沉积时间
可能使用的络合剂
这些参数强烈依赖于被沉积元素和所用衬底。
第二十九页，共32页。
总结
除了以上各种合成方法，还有很多，比如高压注入法、金属有机化学气相沉积、分子束外延法(MBE)、连续离子层吸附与反应(SILAR）、磁控溅射法、蒸镀工艺法、放电等离子体烧结技术(SPS)等制备热电材料的技术，我们不再一一赘述。
第三十页，共32页。
参考文献
Wenshou Wang, James Goebl, Le He, Shaul Aloni, Yongxing Hu, Liang Zhen, and Yadong Yin, Rational Synthesis of Ultrathin n-Type Bi2Te3 Nanowires with Enhanced Thermoelectric Properties. J. AM. CHEM. SOC.