電沉積Bi-Te薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)與性能表征.pdf

1、熱電材料是一類性能優(yōu)越的功能材料，它能把熱能和電能直接轉(zhuǎn)換，對(duì)它的研究也日益受到重視。Bi-Te基化合物是已知的室溫下性能最好的熱電材料，通過(guò)低維化和合適的摻雜改性能進(jìn)一步提高材料的熱電性能。本研究通過(guò)成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、可宏量制備的電沉積方法在銅基底上制備了理想化學(xué)計(jì)量比的Bi2Te3納米熱電薄膜，探索了薄膜的電沉積工藝和析出機(jī)制，重點(diǎn)研究了表面活性劑溴化十六烷基三甲銨（CTAB）和第三摻雜組元Cu的加入對(duì)薄膜形貌結(jié)構(gòu)組成與熱電性能的

2、影響。
　　通過(guò)調(diào)節(jié)沉積電位、沉積時(shí)間、電解液濃度可實(shí)現(xiàn)對(duì)Bi2Te3薄膜形貌、結(jié)構(gòu)、成分的精準(zhǔn)控制，在-0.1V(vs.SCE)，30min，7.5mM Bi3+和10mM HTeO2+條件下可以制得形貌良好、結(jié)構(gòu)均一并且具有理想化學(xué)計(jì)量比(Bi∶Te=2∶3)的熱電薄膜。此外本課題還深入探索Bi2Te3納米熱電薄膜的析出機(jī)制，結(jié)果表明，Bi2Te3薄膜析出反應(yīng)是分步進(jìn)行的:Bi3+先得一部分電子生成中間價(jià)態(tài)的Bix+，隨后Bi

3、x+被還原得到Bi單質(zhì);同時(shí)HTeO2+先吸附在基底表面，得一部分電子生成Tex+，Tex+再被還原得到Te單質(zhì);最后單質(zhì)Bi和單質(zhì)Te結(jié)合生成Bi2Te3薄膜。
　　本課題將CTAB作為一種特殊的添加劑應(yīng)用于改善電沉積法制備Bi2Te3熱電薄膜。X射線衍射、電子能譜、掃描電子顯微鏡的分析結(jié)果表明，在100mg· L-1 CTAB、7.5mM Bi3+、10mM HTeO2+和1mM HNO3的電解液濃度條件下，能制備出多孔片層狀

4、并具有(110)晶面擇優(yōu)取向的熱電薄膜。熱電性能的測(cè)試結(jié)果表明CTAB的加入能使薄膜的電阻率降低5倍左右，塞貝克系數(shù)和功率因子也得到提高，薄膜的熱電性能明顯優(yōu)化。而電化學(xué)分析結(jié)果表明，電沉積過(guò)程時(shí)CTAB的極性部分會(huì)吸附在銅基底或者已形成的Bi2Te3顆粒表面而改變顆粒晶面的表面能，使得Bi、Te的沉積電位都發(fā)生了負(fù)移。這種作用使得薄膜不再單一地垂直堆疊生長(zhǎng)，而是呈球狀顆粒均勻生長(zhǎng)。
　　本研究還將Cu作為第三摻雜元素制備了化學(xué)計(jì)