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文檔簡介
1、熱電材料能夠實現(xiàn)熱能和電能的直接轉換,通常用于熱電發(fā)電和制冷器件。隨著納米科技的進步和制備技術的提高,涌現(xiàn)出大量在低維材料中取得高ZT值的報道,掀起了熱電材料的研究熱潮。Bi2Te3基熱電薄膜由于界面散射效應和量子限制效應使其熱導率降低的同時還能保持較大的功率因子,因而具有獲得高熱電優(yōu)值的潛力,備受研究者們的青睞。然而對其熱電性能的研究大都集中在室溫附近,超晶格材料中GeTe/Bi2Te3的ZT值鮮有報道。本文系統(tǒng)地研究了Bi2Te3薄
2、膜和GeTe/Bi2Te3超晶格的電輸運特性和熱傳導特性,分析了膜厚以及溫度對其熱電性能的影響。
本文研究的Bi2Te3薄膜和GeTe/Bi2Te3超晶格均采用磁控濺射法制備,分別測試了退火后的薄膜在變溫下的Seebeck系數(shù)、電導率以及熱導率。結合相關的模型,從理論計算入手,對實驗結果進行了分析,闡述了薄膜中載流子和聲子的傳輸機制。
利用經(jīng)典尺寸效應和量子尺寸效應分別分析了Bi2Te3薄膜和GeTe/Bi2Te3超
3、晶格電學性能隨厚度的變化規(guī)律。采用Hicks提出的三維塊體材料和二維量子阱材料中載流子的輸運特性分析了溫度對Bi2Te3薄膜和GeTe/Bi2Te3超晶格電學性能的影響。通過研究,退火能使薄膜從非晶態(tài)轉變?yōu)榫B(tài)。晶態(tài)Bi2Te3薄膜在170℃最大的Seebeck系數(shù)和功率因子分別達475μV/K和7mW/(m·K2);晶態(tài)GeTe/Bi2Te3超晶格在100℃左右Seebeck系數(shù)和功率因子達最大,分別為232μV/K和1.34mW/(
4、m·K2)。
采用3ω法測試了不同溫度下薄膜的熱導率,測得GeTe/Bi2Te3超晶格的熱導率均低于Bi2Te3薄膜,室溫下超晶格的熱導率低至0.173W/mK。Bi2Te3薄膜的ZT值在170℃高達1.56,超過常規(guī)的塊體材料。GeTe/Bi2Te3超晶格的ZT值最高只有0.76,主要是由于載流子的散射效應導致功率因子過低。本文的研究表明,通過設計最佳的薄膜厚度以及適用的溫度環(huán)境,能夠顯著提高Bi2Te3基薄膜材料的ZT值,
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