本发明专利技术提供一种用于热电转换的装置，所述装置包含：第一电极；第二电极；以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的一个或多个纳米结构，所述一个或多个纳米结构中每个包括一个或多个半导体材料；其中：所述一个或多个纳米结构中所述每个与所述第一电极和所述第二电极接触；所述一个或多个纳米结构中所述每个包括与平均表面粗糙度相关联的表面，所述粗糙度在从1nm到5nm的范围。
【技术实现步骤摘要】
具有高性能热电性质的纳米结构 政府资助声明 本文所描述的和要求保护的本专利技术部分地利用由美国能源部根据合同号为 DE-AC02-05CH11231所提供的资金来进行。本专利技术中政府具有一定的权利。
本专利技术一般涉及纳米结构。
技术介绍
当前，大约90%的全球电力Γ1013瓦特或10TW)由热力发动机产生，热力发动机 用化石燃料燃烧作热源并且典型地以30-40%的效率运行，以致于大致15TW的热量消失 到周围环境。潜在地，热电模块可以把此低级浪费的热量转化为电，其可能产生显著的燃 料节约和碳排放的减少。它们的效率取决于它们材料成分的热电优良指数，其被定义为 其中，& σ、々、以及7'分别是塞贝克系数、电导率、热导率以及绝对温度。然 而，在过去的50年间，因为的参数通常是互相依赖的，一直在向增加挑战。基于 Bi、Te、Pb、Sb以及Ag的化合物的纳米结构的热电材料已经被显示为增加ΖΓ>1。 美国专利号为6, 882, 051以及6, 996, 147公开了具有小于大约200nm的均匀直径 的一维纳米结构。这些纳米结构包括单晶同质结构（homostructure)以及至少两个具有不 同化学成分的单晶材料的异质结构（heterostructure)。
技术实现思路
本专利技术提供新的包含粗糙表面的纳米结构，其中该纳米结构包含掺杂或未掺杂的 半导体。 本专利技术还提供包含包括粗糙表面的纳米结构的设备，其中该纳米结构包含掺杂或 未掺杂的半导体并且该纳米结构接触第一电极和第二电极。 本专利技术还提供产生电流的方法，该方法包含：提供本专利技术的设备，并且在第一和第 二电极之间设置温度梯度，以便于产生从第一电极流向纳米结构、并且通过纳米结构流向 第二电极的电流。 本专利技术另外提供设备，包含：第一电极；第二电极；第三电极；第一多个纳米结构， 每个纳米结构包含粗糙表面，其中每个纳米结构包含硅（Si)、锗（Ge)或其组合，掺杂有三 价元素(使得该纳米结构包含P型半导体）；以及，第二多个纳米结构，每个纳米结构包含粗 糙表面，其中该纳米结构包含Si、Ge或其组合，掺杂有五价元素(使得该纳米结构包含η型 半导体）；其中第一多个纳米结构接触第一电极和第三电极，第二多个纳米结构接触第一电 极和第二电极；以便于在第一电极比第二和第三电极具有更高的温度时，产生电流，该电流 从第二电极流向第二多个纳米结构，通过该第二多个纳米结构流向第一电极，通过第一电 极流向第一多个纳米结构，通过第一多个纳米结构流向第三电极。 本专利技术另外提供产生电流的方法，包含：提供本专利技术具有第一多个纳米结构和第 二多个纳米结构的设备，并且增加第一电极的温度；以便于产生电流，该电流从第二电极流 向第二多个纳米结构，通过该第二多个纳米结构流向第一电极，通过第一电极流向第一多 个纳米结构，通过第一多个纳米结构流向第三电极。 本专利技术还提供降低局部（locality)温度的方法，该方法包含提供本专利技术的设备， 并且施加通过该设备的电流；使得第一电极的温度被降低，其中第一电极在该局部或接近 该局部，并且第二和第三电极的温度被提高。 本专利技术提供一种用于热电转换的装置，所述装置包含：第一电极；第二电极；以及 位于所述第一电极和所述第二电极之间的一个或多个纳米结构，所述一个或多个纳米结构 中每个包括一个或多个半导体材料；其中：所述一个或多个纳米结构中所述每个与所述第 一电极和所述第二电极接触；所述一个或多个纳米结构中所述每个包括与平均表面粗糙度 相关联的表面，所述粗糙度在从Inm到5nm的范围。 【附图说明】 结合附图阅读时，根据以下示意性的实施例的描述，本领域普通技术人员将容易 理解到以上所述的方面以及其它。 图1示出了粗糙的硅纳米线的结构特性。板A示出了 EE Si纳米线阵列的截面 (cross-sectional) SEM。在阵列内可以看见树枝状银的生长一反应期间Ag+还原到晶圆上 的产物。合成和元素分析确认银完全被融解后，银在硝酸内被蚀刻。板B示出了一段EE Si 纳米线的明视场TEM图像。在线的表面可以清晰地看见粗糙度。SAED图案(插图）表明该 线沿着它的长度都是单晶。板C示出了 EE Si纳米线的HRTEM图像。在表面处的非晶体本 征氧化物（amorphous native oxide)与晶体Si核之间的界面处，并且通过靠近边缘的交 替的明/暗的厚度条纹的起伏，粗糙度是显而易见的。板D示出了 VLS -生长的Si纳米线 的 HRTEM。定标线条（scale bars)分别是 10ym、20nm、4nm 和 3nm。 图2示出了粗糙的娃纳米线的热导率。板A示出了结合钼（Pt)的（Pt-bonded) EE Si纳米线的SEM图像（以52°倾斜角获得)。靠近桥接线（bridging wire)的两个端部 的Pt薄膜环是在悬浮的膜（membrane)对面的电阻热和传感线圈（resistive heating and sensing coils)的一部分。定标线条是2 μ m。板B示出了 VLS的依赖温度的々（复制自 Li,D.等人· Thermal conductivity of individual silicon nanowires(单个娃纳米线的 热导率)。為叩乂 /--. Zeit 83, 2934-2936 (2003))和EE纳米线的依赖温度的A (实心方 格所指示的）。VLS纳米线的峰值々大约是175-200K，而EE纳米线的峰值々大于250K。这 个图中的数据来自由低掺杂的晶圆所合成的EE纳米线。板C示出了不同掺杂物密度（10 14 和IO18CnT3)的EE Si纳米线的依赖温度的左（实心方格所指示的)。为了比较的目的，块 (bulk)非晶体硅石的A被绘制为空心的方格。较小的高度掺杂的EE Si纳米线具有接近绝 缘玻璃（insulating glass)的々的暗示极短的声子平均自由程。 图3示出了用于粗糙的硅纳米线的优良指数估计。板A示出了块左与直径为75nm 的高度掺杂的EE Si纳米线的々的比率。随着温度降低Abulk:ANW显著地增加，从在300K 的100到几乎在25K的40, 000。板B示出了与从Weber，L. &Gmelin, E.在為叩乂 /--. J 53,136-140(1991)的娃的传输性质（Transport properties of silicon) 的退化地 (degenerately)掺杂的块Si数据中所提取的ZT比较的针对75nm高度掺杂的EE纳米线所 计算的ZT。 图4示出了纳米线FIB结合和控制实验。板A示出了远离辐照区域的纳米线上 的Pt-C的过度沉积的TEM图像。如在SEM中所见的，沉积给线的直径添加了厚度，所以所 有的计算都基于结合Pt之前所确定的直径。定标线条是10nm。板B示出了在FIB中利用 Pt进行第一次结合之后的EE Si纳米线的导热性(实心方格)。样品在靠近焊接区（pad)之 一处破裂并且在缝隙之上利用显著的Pt-C沉积被再次结合在端部。在该第二次结合(空心 方格）之后的传导性的测量与第一次的测量一致。因本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于热电转换的装置，所述装置包含：第一电极；第二电极；以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的一个或多个纳米结构，所述一个或多个纳米结构中每个包括一个或多个半导体材料；其中：所述一个或多个纳米结构中所述每个与所述第一电极和所述第二电极接触；所述一个或多个纳米结构中所述每个包括与平均表面粗糙度相关联的表面，所述粗糙度在从1nm到5nm的范围。
【技术特征摘要】
2007.08.21 US 60/957,158;2007.12.21 US 61/016,2761. 一种用于热电转换的装置，所述装置包含： 第一电极； 第二电极；以及 位于所述第一电极和所述第二电极之间的一个或多个纳米结构，所述一个或多个纳米 结构中每个包括一个或多个半导体材料； 其中： 所述一个或多个纳米结构中所述每个与所述第一电极和所述第二电极接触； 所述一个或多个纳米结构中所述每个包括与平均表面粗糙度相关联的表面，所述粗糙 度在从lnm到5nm的范围。2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个纳米结构中所述每个是1-D纳米 结构。3. 根据权利要求2所述的装置，其中所述1-D纳米结构是纳米线。4. 根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个纳米结构中所述每个是2-D纳米 结构。5. 根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体材料包括从由Si、Ge、 GaAs、CdSe、GaN、AIN、Bi2Te3以及ZnO所组成的组中选择的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨培东，A马宗达，AI霍赫鲍姆，陈仁坤，RD德尔加多，
申请(专利权)人：加州大学评议会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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