文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
闪蒸法制备Bi2Te3系纳米薄膜及其热电性能研究
姓名:张晖
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:杨君友
2011-01-13
华中科技大学硕士学位论文
摘要
热电材料是一种能将电能与热能相互转换的功能材料,近年来备受关注。Bi2Te3
系热电材料作为室温附近性能最好的热电材料之一,在医疗、光电子、航空航天、
军事等领域有广泛应用前景。块体 Bi2Te3 系热电材料的热电性能较低,限制了其大
规模的应用。纳米技术的发展,给热电材料的研究带来了新的发展机遇。研究表明,
热电材料随维度的降低,热电性能大幅度提高。本文在综述国内外的研究现状的基
础上,提出了论文的主要研究内容。在改进了现有真空镀膜系统后,开展了闪蒸法
制备 Bi2Te3 系纳米薄膜的研究工作。
采用机械合金化加等离子活化烧结制备蒸发原料,并用闪蒸法制备了 P 型
和 N 型薄膜,用 XRD、FE-SEM 和 EDAX 表征了薄膜的微
观结构及化学成分,并测试了薄膜在室温下的热电性能。研究了真空度、蒸发距离、
薄膜厚度与 N 型薄膜热电性能的关系。结果表明:真空腔体的气压越低,
沉积的 N 型薄膜热电性能越好,压强为时,沉积的薄膜具有最佳的 Seebeck
系数-163μV/K,功率因子达 1675μW/mK2;随者蒸发源与衬底间距离增加,单位时
间内沉积的薄膜厚度减小,薄膜表面质量提高,Seebeck 系数增加,电阻率增大,功
率因子提高。当两者距离为 11cm 时,获得的最高功率因子达 1560μW/mK2;随厚度
增加,N 型薄膜的 Seebeck 系数增大,而电阻率也随之降低。
研究了退火温度、薄膜厚度与 P 型热电性能之间的关系,在 150℃
到 250℃之间退火 1h,随退火温度的升高,P 型薄膜的晶粒增大,Seebeck 系数增加、
电阻率降低、功率因子提高,250℃具有最高的功率因子 1250μW/mK2;随厚度增加,
P 型薄膜的 Seebeck 系数增加,电阻率也增加。
论文第五章对全文进行了总结,并对下一阶段的研究工作提出了建议。

关键词:Bi2Te3 系热电材料、热电性能、纳米薄膜、闪蒸法

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Thermoelectric materials, which could realize the inter-conversion between heat and
electricity, have attracted much attention in recent years. As one of the best thermoelectric
materials near room temperature, Bi2Te3-based thermoelectric materials have been broadly
applied in many fields, such as medical and opto-electrical, aerospace, military, and so on.
However, thermoelectric efficiency of Bi2Te3-based bulk materials is petitive than
that of a domestic electrical refrigerator. Nanotechnologies bring a new era to the
thermoelectric materials. It is reported that the performance of thermoelectric
nano-materials could be greatly improved owing to their quantum size effect. On the basis
of a broad survey to the research status of thermoelectric materials, I bring forward the
research goal of this thesis.
In order to get a stable and reproductive deposition, the vacuum deposition system
was modifie