【摘要】：硫屬氧化物鉍銅硒氧(BiCuSeO)是一種層狀結構的p型半導體材料,具有極低的本征熱導率,在中高溫熱電領域有著重要的應用前景。目前國際上對BiCuSeO基材料熱電性能的研究大多集中在三維多晶塊體上,對二維取向薄膜的研究非常少。相比于三維多晶塊體材料,二維薄膜更易實現(xiàn)熱電器件的集成化,在微區(qū)熱電發(fā)電及制冷領域具有體材料無可替代的優(yōu)勢。此外,二維薄膜更容易實現(xiàn)c軸取向生長,可以利用BiCuSeO基材料電熱輸運各向異性的特點大幅優(yōu)化其熱電性能。針對以上問題,本論文采用脈沖激光沉積方法(Pulsed Laser Deposition:PLD)在單晶襯底上制備了c軸取向的BiCuSeO基薄膜,通過調節(jié)制備工藝條件,優(yōu)化了薄膜的微觀組織結構,同時通過元素摻雜有效的提高了BiCuSeO的熱電性能的影響,研究內容和結果如下:1、利用PLD在三種單晶基片上制備了BiCuSeO薄膜并詳細研究了襯底和沉積溫度對薄膜晶體結構、微觀形貌及熱電輸運性能的影響。當最佳沉積溫度為330℃下在SrTiO_3(001)單晶基片上制備的BiCuSeO薄膜不含任何雜相且沿c軸外延取向生長,電學性能測試表明該薄膜在20~350 K溫區(qū)內均表現(xiàn)出金屬導電特性,室溫電阻率為12.5mΩ·cm,遠低于相應的多晶塊體材料。計算所得的室溫功率因子PF為3.3μWcm~(-1)K~(-2),高于相應的多晶塊體材料,表明c軸取向BiCuSeO外延薄膜在薄膜熱電器件領域具有重要應用前景。2、在SrTiO_3(001)單晶襯底上外延生長了c軸取向的Bi_(1-x)Pb_xCuSeO(x=0.04,0006,0.08)和Bi_(1-x)-x Ca_x CuSeO(x=0.025,0.05,0.075)單晶薄膜并研究了Pb、Ca摻雜對薄膜晶體結構、微觀組織結構和熱電性能的影響。實驗結果表明,Pb、Ca摻雜均可以增加載流子濃度、降低BiCuSeO薄膜的電阻率,提高其功率因子;Pb摻雜相比于Ca摻雜更有利于提高本征BiCuSeO薄膜的熱電性能。3、通過脈沖激光沉積在非晶玻璃襯底上沿c軸取向生長了BiCuSeO薄膜。發(fā)現(xiàn)在室溫下的電阻率(27.1 mΩ·cm)遠低于報道的相應多晶體塊的電阻率,并且用三維變程跳躍傳導機制解釋了薄膜低溫下的電輸運行為。此外,通過微觀結構分析得出整個薄膜中存在大量的非晶晶界,使得薄膜的熱導率顯著降低。因此,本文中的BiCuSeO薄膜的熱電性能與體塊相比有了很大提高,表明其可以用于熱電薄膜器件中。
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O484
【圖文】：

經成為科研人員探索的一個重要方向課題。其中，一關注，它具有低的熱導率，通過摻雜可以大大提高其熱電的熱電材料。應理論及器件梯度產生熱電流的效應以及它的逆過程，即，通過電流產應。熱電效應包括塞貝克效應、珀爾貼效應和湯姆遜效應基于這三種效應制造的�？诵獓锢韺W家塞貝克在兩種不同材料（導體或半導體）組成熱能轉換為電能的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象為塞貝克效應，又稱為

規(guī)定從 A 流向 B 為電流正方向，塞貝克系數為正，反之為系數的微觀物理本質可以用溫度梯度作用下的載流子濃度的變材料中，載流子為均勻分布，一旦兩段產生溫差后，熱端載流冷端移動，并在冷端堆積，破壞內部的電中性。同時，載流個內建電場，在內建電場的作用下，載流子的進一步擴散受到一個動態(tài)平衡的時候，材料兩端形成電勢差就是塞貝克電動勢熱電發(fā)電。帖效應克效應之后，1834 年，法國物理學家珀爾帖（C.A.Peltier）發(fā)的現(xiàn)象。把兩個不同的導體組成閉合回路并通以電流，當電流接點會放出熱量變熱；另一個接點會吸收熱量變冷，這一現(xiàn)

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 劉瑋書;張波萍;李敬鋒;張海龍;趙立東;;Co_(1-x)Ni_xSb_(3-y)Se_y熱電輸運中晶界和點缺陷的耦合散射效應[J];物理學報;2008年06期

2 黃華,郭靈虹;晶態(tài)聚合物結構的X射線衍射分析及其進展[J];化學研究與應用;1998年02期

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1 裴健;層狀鈣鈷氧化物熱電材料的制備及其性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

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1 吳宏照;氧化物熱電材料NaCo_2O_4的制備及性能研究[D];天津大學;2006年

本文編號：2720286