Bi2-xSbxTe3温差电材料薄膜的电化学制备、表征及性能研究

采用电化学控电位沉积的方法制备了Bi_2-xSb_xTe₃温差电材料薄膜.通过ESEM、XPS、XRD、EDS等方法对电沉积薄膜的形貌、结构和组成进行了研究,并测试了在不同电位下制备的Bi_2-xSb_xTe₃薄膜的温差电性能.研究结果表明,在含有Bi³⁺、HTeO₂⁺和SbO⁺的溶液中,采用控电位沉积模式,可实现铋、锑、碲三元共沉积,生成锑掺杂的Bi₂Te₃化合物Bi_2-xSb_xTe₃.通过调节沉积电位,可控制电沉积Bi_2-xSb_xTe₃薄膜的掺杂浓度,从而影响材料的温差电性能.控制沉积电位为-0.5V条件下制备的温差电材料薄膜的塞贝克系数最大,为213μV·K^-1,其组成为Bi_0.5Sb_1.5Te₃.随着沉积电位的负移,电沉积出的Bi_2-xSb_xTe₃薄膜的结晶状态将逐渐由等轴晶转变为树枝晶.研究证明,电沉积方法可以制备出性能优异的薄膜温差电材料.     

电化学组装一维纳米线阵列p型Bi2Te3温差电材料

：对p型Bi2Te3温差电材料的电沉积过程进行了研究，分析了添加剂对电沉积过程的影响．在此基础上，以孔径为50nm的阳极氧化铝多孔膜为模板，采用直流电沉积技术，在氧化铝多孔模板的纳米级微孔内电化学组装出了P型Bi2Te3纳米线阵列温差电材料，性能研究表明，p型Bi2Te3纳米线阵列的温差电性能远远超过具有相同组成的块状温差电材料。     

电化学沉积Bi_2Te_3薄膜及其发电器件的制备

通过控制不同梯度的电流密度和电沉积时间,利用电化学方法在铜片上沉积Bi/Te薄膜,经不同温度退火处理后生成Bi2Te3;采用SEM(带EDS)和XRD对薄膜的形貌、成分进行分析,研究了电流密度和电沉积时间对晶粒成长的影响,并对用Bi2Te3薄膜制成发电器件的性能进行了研究。结果表明:电流密度越大,Bi2Te3晶粒尺寸越小;电沉积的时间越长,Bi2Te3薄膜越均匀;退火过程中350℃结晶效果最好;退火后可以形成多晶薄膜,颗粒致密均匀,具有一定择优取向性,还可以提高Seebeck系数,达到-123μV/K;对比传统块状粒子发电,电化学沉积制备的Bi2Te3薄膜发电器件更具有优势。     

薄膜温差电材料的电沉积机理研究及微型温差电池的制造技术

随着微电子技术以及MEMS技术的快速发展,微型处理器、微型传感器、微型控制器以及各种形式的微结构已大量出现。微型化的电子装置必然要求微型电源与之相配。微型化的电子装置对电源的需求特点是高的输出电压和低的输出功率。目前,微电池技术的发展已经明显落后于微电子技术以及MEMS技术的发展,已经成为制约微电子技术以及MEMS技术发展的瓶颈。微型温差电池的最大特点,在于它可从环境接受各种形式的热能,并高效率地直接将其转变为电能输出,且使用温度范围宽(200～500K),寿命长(超过20年),性能高度稳定。由于微型温差电池的外形具有薄膜结构,这种电池非常适合于集成化到相应的器件上直接供电,实现电能的分散储存,安全性高。目前,Bi_2Te_3及其掺杂化合物被认为是在200～500K温度范围内最适用于制备微型温差电池的温差电材料,其中Bi_2Te_3掺杂p型和n型化合物的性能更优。微型温差电池在很小的温度梯度下的开路电压可达到几十伏。这样高的输出电压是目前各种通过线切割块体温差电材料制备出的微型温差电池难以达到的。基于薄膜温差电材料的微型温差电池的制造过程包括微米尺度的p型和n型薄膜温差电材料微区的制造以及微电池的制造。微米尺...     

电化学制备Bi2Te3纳米线用于微型温差发电器

借助于电化学沉积的方法,在氧化铝纳米孔内生长Bi2Te3材料,从而形成温差电纳米线阵列．利用SEM,XRD and TEM分析手段对制备的纳米线形貌和结构进行了分析,测量了纳米线的组成和温差电性能．p型和n型Bi2Te3纳米线材料的Seebeck系数经过测量分别为260μV／K和-188μV／K（307K）,比同类的块状温差电材料性能高．同时研究了沉积电位对氧化铝模板中纳米孔的填充率的影响,并对纳米线阵列的电阻进行了测量．尝试了利用n型和P型Bi2Te3纳米线阵列制备一种新型的微型温差发电器．     

Bi2O3晶须的水热合成研究

采用Bi(OH)3原料和KOH矿化剂，在120-220℃和0.5-10h的水热条件下，制备出单斜结构的α-Bi2O3；研究了原料种类、反应温度和保温时间对Bi2O3粉体形貌的影响，获得了分散性好、无团聚、长度4-7μm和长径比5-16的Bi2O3晶须。     

Al2O3/TiO2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究

近年来,二氧化钛光催化技术正成为光化学、能源、环境以及材料等领域的研究热点。作为一种新型的环境净化材料,TiO_2光催化剂可广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、表面防污、自清洁等方面,目前,TiO_2光催化剂的固定化及其光催化活性的改善是 TiO_2光催化材料设计、开发和应用中急需解决的问题。本文利用阳极氧化和电沉积技术,在铝合金表面成功地制备出具有较好光催化活性的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜。系统研究了复合薄膜的制备工艺;表征了复合薄膜的形貌、结构、成分以及光谱特性;详细分析了复合薄膜的光催化性能,并对这种特殊的复合薄膜形成机理进行了探讨。研究结果表明:电沉积液温度在薄膜制备过程中是最重要的影响因素,合理地控制沉积过程中的工艺参数可得到具有最佳表面质量和光催化性能的 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜,H_2SO_4-Al_2O_3/TiO_2复合薄膜经热处理,表面有锐钛矿结构 TiO_2生成,TiO_2的晶粒尺寸在纳米量级;TiO_2在加热过程中主要发生表面吸附水和吸附有机物的脱附、结晶水的失去及非晶相的晶化三种变化,且 TiO_2由无定形结构向锐钛矿晶体结构转变的温度为425℃左右;三种类型 Al_2O_3/TiO_2复合薄膜的表面形貌存在较大差异,这主要归因于三种铝阳极氧化膜的膜厚及表面微孔结构的不同;三种类型的复合薄膜均具有紫外光光催化活性;通过 Fe 离子掺杂改性以及萘酚蓝黑染料敏化处理后,复合薄膜的光催化性能可得到明显地改善;由薄膜形成机理的分析可知,TiO_2主要通过交流电沉积过程中的阴极反应沉积于铝阳极氧化膜微孔处和表面上。     

Bi4Ti3O12薄膜的取向生长及其电性能研究

采用Sol—Gel工艺，在快速退火的工艺条件下制备了Bi4Ti3O12铁电薄膜，研究了退火温度及时间、薄膜厚度对Bi4Ti3O12薄膜的取向生长行为及其铁电性能、漏电流的影响，探讨了Bi4Ti3O12薄膜取向生长的微观机制．结果表明：退火温度显著影响薄膜的C轴取向生长，其(00ι)品面的取向度F=(P—P0)／(1-P0)由550℃的0．081增加到850℃的0．827，退火时间对其(00ι)晶面的取向度也有较大影响；经750℃以上温度退火处理的Bi4Ti3O12薄膜呈高度c轴取向，对铁电性能有较明显的削弱作用；薄膜的漏电流密度随退火温度升高而增大，但薄膜的c轴取向生长有利于减缓漏电流密度的增长。     

纳米Bi2O3-Y2O3快离子导体的制备

以共沉淀法制备的纳米(75mol%Bi2O3+25mol%Y2O3)混合粉体作为原料,通过无压反应烧结工艺制备了纳米Bi2O3-Y2O3快离子导体.对烧结过程中高导电相(纳米δ-Bi2O3)的形成规律研究表明固溶反应发生在烧结过程的初期,在烧结过程中晶粒生长规律符合(D-Do)2=K·t抛物线方程.用模式识别技术对δ-Bi2O3相生成的工艺条件进行优化的工艺参数优化区为Y＞-1.846X+3.433(X=0.0059T+0.0101t,Y=-0.0059T+0.0101t,式中,T为烧结温度,t为烧结时间).在T=600℃,t=2h无压反应烧结条件下,纳米晶Bi2O3-Y2O3快离子导体材料的相对密度可达96%以上,并且微观结构致密均匀,很少有残留气孔和裂纹,平均晶粒尺寸在100nm以下.     

Bi2O3对烧结LiZn铁氧体性能的影响

采用氧化物陶瓷工艺制备了掺Bi2O3的Li0.4Zn0.2Fe24O4铁氧体．用XRD、SEM、密度测试和磁性能表征，研究了Bi2O3对LiZn铁氧体性能的影响．结果表明：Bi2O3能有效抑制烧结过程中的锂挥发，促进固相反应，降低烧结温度，但过多的Bi2O3会阻止晶粒生长；适量掺杂Bi2O3可以提高LiZn铁氧体的饱和磁感应强度和矩形比，降低铁氧体的矫顽力．     

溅射沉积富镁Mg3Bi2薄膜的热电性能

采用Mg-Bi化合物靶和金属Mg靶用磁控溅射技术制备富Mg的Mg₃Bi₂薄膜并表征其相组成、表面和截面形貌,研究了薄膜的热电性能。结果表明,这种富Mg薄膜由Mg₃Bi₂相和金属Mg相组成且Mg₃Bi₂结构中有Mg空位,具有p型导电特征,Seebeck系数为正值。随着温度的提高,富Mg薄膜的电阻率先略微提高而后显著降低;随着Mg含量的提高富Mg薄膜的电阻率逐渐提高,但是Mg含量达到一定数值后电阻率又急剧下降。Mg含量较低时Seebeck系数随着温度的提高开始时略下降随后很快增大,达到最大值后又很快降低;Mg含量较高时随着温度的提高Seebeck系数开始时略增大,随后缓慢下降。除了Mg含量较低的样品,在温度相同的条件下随着Mg含量的提高薄膜的Seebeck系数值增大,但是Mg含量过高时Seebeck系数值迅速降低,达到普通金属材料Seebeck系数的数量级。这种富Mg薄膜的功率因子,受Seebeck系数和电阻率制约。     

Fe/Bi0.5Sb1.5Te3热电元件高温稳定性研究

热电元件的界面高温稳定性是决定热电器件服役性能和应用前景的重要因素,而阻挡层和热电材料之间的界面扩散和界面电阻则是评价热电元件高温稳定性的主要标准.为了进一步提升P型碲化铋热电器件的界面稳定性,本研究采用高通量筛选的方法选定适用于P型碲化铋的Fe阻挡层材料.通过一步烧结的方法制备了Fe/P-BT的热电元件,并系统研究了...     

柠檬酸浓度对电沉积制备CuInSe2薄膜的影响

采用Mo/钠钙玻璃衬底作研究电极,饱和甘汞电极(SCE)作参比电极,铂网电极作辅助电极的三电极体系,利用电沉积技术在镀钼的钠钙玻璃衬底上制备CuInSe2薄膜,研究络合剂柠檬酸浓度对CuInSe2薄膜制备的影响.利用EDS、xRD和SEM对制备的CuInSe2薄膜进行表征,结果表明:当柠檬酸的浓度为0.5mol/I时,可以制备致密性好、晶粒分布均匀、组分接近化学计量比的黄铜矿结构的CuInSe2薄膜.     

溅射沉积掺Ag的SnSe薄膜的微结构和热电性能

使用粉末烧结SnSe合金靶高真空磁控溅射制备掺杂Ag的SnSe热电薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段分析薄膜的相组成、表面形貌、截面形貌、微区元素含量和元素分布,利用塞贝克系数/电阻分析系统LSR-3测量沉积薄膜的电阻率和Seebeck系数,研究了不同Ag含量SnSe薄膜的热电性能。结果表明,采用溅射技术可制备出正交晶系Pnma结构的SnSe相薄膜,掺杂的Ag在薄膜中生成了纳米Ag₃Sn。与未掺杂Ag相比,掺杂Ag的SnSe薄膜其电阻率和Seebeck系数(绝对值,下同)明显减小。并且在一定掺杂范围内,掺杂Ag越多的薄膜电阻率和Seebeck系数越小。未掺杂Ag的SnSe薄膜样品,其Seebeck系数较大但是电阻率也大,因此功率因子较小。Ag掺杂量(原子分数)为7.97%的样品,因其Seebeck系数绝对值较大而电阻率适当,280℃时的功率因子最大(约为0.93 mW·m^-1·K^-2),比未掺杂Ag的样品(PF=0.61 mW·m^-1·K^-2)高52%。掺杂适量的Ag能提高溅射沉积的SnSe薄膜的热电性能(功率因子)。     

低温湿化学还原法制备Bi2Te3单晶纳米棒

采用低温湿化学还原法,以Bi(NO3)3·5H2O和TeO2为原料,通过乙二胺四乙酸(EDTA)参与调节使反应体系为中性,以NaBH4为还原剂,以表面活性剂Brij56(HO(CH2CH2O)10C16H33)为晶体生长调控剂,制备了Bi2Te3纳米棒.通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光探针(XRF),扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)对样品的组成和结构进行了分析,同时初步探讨了Bi2Te3纳米棒的生长机理.结果表明,制备的Bi2We3纳米棒直径在30nm左右,长度在400nm左右,具有单晶结构;反应温度和Brij56的浓度对晶体形貌有较大的影响.     

共沉淀法制备钛酸铋超细粉体

通过共沉淀法制备了钛酸铋细粉体，并研究了其前驱体的晶体过程和粉体的烧结行为，研究结果表明该方法能够明显降低钛酸饿的合成温度，在600℃已能得到比表面积为12m^2/g（粒度约为100nm)，无团聚的高纯超细钛酸铋粉体，该粉体具有较高的烧结活性，在950℃烧结即可致密化。