本文關(guān)鍵詞：電沉積SnS薄膜的織構(gòu)調(diào)控及其熱電性能的研究

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【摘要】：熱電材料作為一種非常有潛力的能量轉(zhuǎn)換裝置,可將廢熱轉(zhuǎn)化為電能。由于SnS在室溫下具有特殊的正交晶體結(jié)構(gòu),使其在擇優(yōu)的晶體取向上可能獲得優(yōu)異的熱電性能。本文采用成本低、可批量制備以及工藝可控的電沉積方法,恒電位制備了純相SnS薄膜,探索了制備過(guò)程中的電沉積參數(shù)、鍍液條件以及共沉積機(jī)理,同時(shí)在不改變薄膜成分的前提下,通過(guò)加入表面活性劑制得不同織構(gòu)的SnS,研究了不同織構(gòu)的SnS薄膜的熱電性能。研究表明,在K_4P_2O_7·3H_2O的作用下,S的析出電位正移,容易實(shí)現(xiàn)與Sn的共沉積。得到優(yōu)化的電沉積溶液配方為90mM的K_4P_2O_7·3H_2O、30mM的SnC_(l2)·2H_2O以及100mM的Na_2S_2O_3·5H_2O,在水浴溫度為30℃、沉積電位-1.0V、退火溫度200℃、沉積時(shí)間2Omin的條件下制備了純相n型SnS薄膜。通過(guò)加入表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)制得了沿著(001)晶面具有擇優(yōu)取向的SnS薄膜,當(dāng)SDS濃度為0.03g/L時(shí),薄膜成分和結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化,其(001)晶面的織構(gòu)系數(shù)為1.59;在加入0.03g/L的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)時(shí),SnS沿著(100)晶面的擇優(yōu)生長(zhǎng),其織構(gòu)系數(shù)可高達(dá)4.14;在加入0.03g/L的尿素時(shí),并且薄膜沿著(010)晶面的擇優(yōu)生長(zhǎng),XRD衍射結(jié)果表明沿著(010)晶面的織構(gòu)系數(shù)達(dá)2.01。因此,通過(guò)加入不同表面活性劑控制了薄膜織構(gòu),具有(100)織構(gòu)SnS薄膜的熱電性能低于無(wú)織構(gòu)SnS薄膜的熱電性能,而(001)以及(010)織構(gòu)的SnS薄膜的熱電性能高于無(wú)織構(gòu)SnS薄膜的熱電性能,在(010)織構(gòu)的SnS薄膜具有最低的ρ以及最高的PF,分別為9.372×10~(-4)ohm·m和2.619×10~4W·m~(-1)·K~(-2),其電導(dǎo)率是無(wú)織構(gòu)的8.24倍,PF是無(wú)織構(gòu)的8.13倍�？纱蠓忍岣逽nS熱電轉(zhuǎn)換效率,使這種薄膜在熱電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景.
【關(guān)鍵詞】：SnS 電沉積 織構(gòu) 表面活性劑 熱電材料
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ153;TQ134.32
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 前言16
• 1.2 熱電理論研究背景簡(jiǎn)介16-18
• 1.2.1 熱電效應(yīng)16-17
• 1.2.2 熱電性能的影響參數(shù)17-18
• 1.3 熱電材料研究現(xiàn)狀18-23
• 1.3.1 氧化物熱電材料18-21
• 1.3.2 合金半導(dǎo)體熱電材料21-23
• 1.4 SnS熱電材料的研究23-25
• 1.5 SnS的物理化學(xué)性質(zhì)25
• 1.6 SnS薄膜的制備方法25-29
• 1.6.1 電沉積法25-26
• 1.6.2 模板輔助的電沉積法26-27
• 1.6.3 化學(xué)浴法27-28
• 1.6.4 化學(xué)氣相沉積法28
• 1.6.5 溶膠-凝膠法28-29
• 1.6.6 熱蒸發(fā)法29
• 1.7 本文的主要研究目的、意義、內(nèi)容及其創(chuàng)新29-32
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料的制備及其測(cè)試32-38
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料以及儀器32-34
• 2.1.1 主要使用的化學(xué)試劑32-33
• 2.1.2 主要使用的實(shí)驗(yàn)儀器33-34
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法34-36
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置34
• 2.2.2 基片的前處理34-36
• 2.3 樣品所用到的表征手段36
• 2.4 樣品性能測(cè)試36-38
• 第三章 SnS半導(dǎo)體薄膜的電化學(xué)制備與表征38-68
• 3.1 電沉積SnS的電化學(xué)影響因素的條件研究38-40
• 3.1.1 SnCl_2溶液加入K_4P_2O_7絡(luò)合劑后的極化行為38-39
• 3.1.2 絡(luò)合劑對(duì)于Na_2S_2O_3·5H_2O陰極極化行為的影響39-40
• 3.1.3 電沉積液中的電化學(xué)行為40
• 3.2 pH值對(duì)薄膜組分的影響40-41
• 3.3 沉積電位以及退火溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、組分以及形貌的影響41-58
• 3.3.1 沉積電位-0.9V時(shí),退火溫度對(duì)結(jié)構(gòu)、形貌、組分的影響41-46
• 3.3.1.1 沉積電位-0.9V時(shí),退火溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響41-42
• 3.3.1.2 沉積電位-0.9V時(shí),退火溫度對(duì)形貌的影響42-43
• 3.3.1.3 沉積電位-0.9V,不同退火溫度的薄膜組分退火溫度對(duì)成分的影響43-44
• 3.3.1.4 沉積電位-0.9V時(shí),不同退火溫度的Raman表征44-46
• 3.3.2 沉積電位-1.0V時(shí),退火溫度對(duì)結(jié)構(gòu)、形貌、組分的影響46-53
• 3.3.2.1 沉積電位-1.0V時(shí),退火溫度對(duì)結(jié)構(gòu)影響46-47
• 3.3.2.2 沉積電位-1.0V時(shí),退火溫度對(duì)形貌影響47-48
• 3.3.2.3 沉積電位-1.0V,不同退火溫度薄膜的成分48-49
• 3.3.2.4 沉積電位-1.0V時(shí),不同退火溫度的Raman表征49-51
• 3.3.2.5 沉積電位-1.0V時(shí),不同退火溫度的XPS表征51-53
• 3.3.3 沉積電位-1.1V時(shí),退火溫度對(duì)結(jié)構(gòu)、形貌、組分的影響53-58
• 3.3.3.1 沉積電位-1.1V時(shí),退火溫度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響53-54
• 3.3.3.2 沉積電位-1.1V時(shí),退火溫度對(duì)形貌的影響54-55
• 3.3.3.3 沉積電位-1.1V,不同退火溫度的薄膜組分55-56
• 3.3.3.4 沉積電位-1.1V,不同退火溫度的Raman表征56-58
• 3.4 沉積時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)、組分以及形貌的影響58-64
• 3.4.1 沉積時(shí)間對(duì)結(jié)構(gòu)的影響58-60
• 3.4.2 沉積時(shí)間對(duì)形貌的影響60-61
• 3.4.3 沉積時(shí)間對(duì)成分的影響61-62
• 3.4.4 不同沉積時(shí)間的Raman表征62-64
• 3.5 薄膜的熱電性能64-65
• 3.6 本章小結(jié)65-68
• 第四章 (001)織構(gòu)的SnS薄膜的制備及其研究68-78
• 4.1 (001)織構(gòu)晶面的SnS薄膜的制備68-75
• 4.1.1 加入不同量SDS對(duì)結(jié)構(gòu)的影響68-70
• 4.1.2 加入不同量SDS對(duì)形貌的影響70-72
• 4.1.3 加入不同量SDS對(duì)成分的影響72
• 4.1.4 加入不同量SDS的Raman表征72-75
• 4.2 (001)織構(gòu)晶面的SnS薄膜的熱電性能75
• 4.3 本章小結(jié)75-78
• 第五章 (100)織構(gòu)的SnS薄膜的制備及其研究78-86
• 5.1 (001)織構(gòu)晶面的SnS薄膜的制備78-84
• 5.1.1 加入不同量的CTAB對(duì)結(jié)構(gòu)的影響78-80
• 5.1.2 加入不同量CTAB對(duì)形貌的影響80-81
• 5.1.3 加入不同量CTAB對(duì)成分的影響81-82
• 5.1.4 加入不同量CTAB的Raman表征82-84
• 5.2 (100)織構(gòu)晶面的SnS薄膜的熱電性能84-85
• 5.3 本章小結(jié)85-86
• 第六章 (010)織構(gòu)的SnS薄膜的制備及其研究86-94
• 6.1 (010)織構(gòu)晶面的SnS薄膜的制備86-93
• 6.1.1 加入不同量尿素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響86-88
• 6.1.2 加入不同量尿素對(duì)形貌的影響88-89
• 6.1.3 加入不同量尿素對(duì)成分的影響89-90
• 6.1.4 加入不同量尿素的Raman表征90-93
• 6.2 (010)織構(gòu)晶面的SnS薄膜的熱電性能93
• 6.3 本章小結(jié)93-94
• 第七章 結(jié)論94-96
• 參考文獻(xiàn)96-102
• 致謝102-104
• 作者及導(dǎo)師介紹104-106
• 附件106-107

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：592586