一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法技术

本发明专利技术属于热电材料技术领域，具体涉及一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法。本发明专利技术提供了一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法，包括以下步骤：将柔性基底的两端分别固定在放卷装置和收卷装置上，对所述柔性基底进行收放卷，以金属碲和金属铋作为蒸发靶材，在所述柔性基底上进行蒸发镀膜，将得到的薄膜进行退火处理，得到所述碲化铋基热电薄膜。本发明专利技术采用卷对卷的动态沉积方式，可以制备米级甚至百米级的碲化铋基大面积热电薄膜材料，从而实现热电薄膜的宏量制备；并且本发明专利技术采用的蒸发镀膜的方式沉积效率高，能够精确控制薄膜厚度，同时本发明专利技术得到的碲化铋基热电薄膜表面致密，热电性能优异。热电性能优异。热电性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法


[0001]本专利技术属于热电材料
，具体涉及一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法。

技术介绍

[0002]热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料。热电材料实现能量转换源于三个基本效应：塞贝克效应(Seebeck effect)、帕尔贴效应(Peltier effect)和汤姆逊效应(Thomson effect)。热电器件就是基于这三个基本效应制造的能实现热能和电能相互转换的器件，主要有两个方面的应用，一是温差发电；二是热电制冷、制热。
[0003]碲化铋(Bi2Te3)基热电材料是室温热电性能最好的材料之一，是由
Ⅴ
、
Ⅵ
族元素构成的化合物半导体。Bi2Te3的空间群是R
‑
3m，为窄能隙半导体材料，禁带宽度约为0.15eV。晶体晶胞为六面体层状结构，碲原子分为两种，记为Te(Ⅰ)和Te(Ⅱ)，原子层也可以分为三种即Te(Ⅰ)层，Te(Ⅱ)层和Bi层。Te(Ⅰ)
‑
Bi
‑
Te(Ⅱ)
‑
Bi
‑
Te(Ⅰ)五层原子组成晶体C轴方向的重复周期。Te(Ⅰ)
‑
Bi之间的层间距为0.174nm，是共价键和离子键相结合，Te(Ⅱ)
‑
Bi之间的层间距为0.204nm，是共价键相结合；Te(Ⅰ)
‑
Te(Ⅰ)之间的层间距为0.260nm，是以范德华力相结合，作用力相对较弱，容易沿C轴方向出现解离。通常用无量纲热电优值ZT表征热电性能，其中ZT＝α2σ/κ，其中α为Seebeck系数、σ为电导率、κ为热导率，α2σ为功率因子。对Bi2Te3材料而言，提高材料的热电转换效率的主要方式为四个方面的优化，即成分优化、结构优化、合成优化和成型优化。
[0004]传统的通过磁控溅射法所制备的Bi2Te3热电薄膜是静态制备，所制备的样品尺寸只有几个厘米，尺寸非常小，例如公开号为CN103060750A的中国专利采用磁控溅射法成功制备了热电薄膜，但该专利中制备的热电薄膜的尺寸为几厘米，制备效率低，且制备得到的薄膜的致密性较差，热电性能降低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法，本专利技术提供的方法能够实现大面积碲化铋基热电薄膜的制备，效率高，且得到的碲化铋基热电薄膜表面致密，热电性能优异。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法，包括以下步骤：
[0008]将柔性基底的两端分别固定在放卷装置和收卷装置上，对所述柔性基底进行收放卷，以金属碲和金属铋作为蒸发靶材，在所述柔性基底上进行蒸发镀膜，将得到的薄膜进行退火处理，得到所述碲化铋基热电薄膜。
[0009]优选的，所述柔性基底和所述金属碲之间的距离以及所述柔性基底和所述金属铋之间的距离独立的为50～80mm。
[0010]优选的，所述柔性基底和所述金属碲之间的角度以及所述柔性基底和金属铋之间
的角度独立的为30～45
°
。
[0011]优选的，进行所述蒸发镀膜时，所述柔性基底的温度为300～400℃。
[0012]优选的，所述蒸发镀膜在保护气氛中进行。
[0013]优选的，所述蒸发镀膜的压力为0.6～1Pa。
[0014]优选的，进行所述收放卷时，施加在所述柔性基底上的作用力为0.5～2MPa。
[0015]优选的，进行所述收放卷时，所述柔性基底的走带速度为100～150m/h。
[0016]优选的，所述退火处理的温度为200～300℃，保温时间为30min～60min。
[0017]优选的，所述碲化铋基热电薄膜的厚度为10nm～10mm。
[0018]本专利技术提供了一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法，包括以下步骤：将柔性基底的两端分别固定在放卷装置和收卷装置上，对所述柔性基底进行收放卷，以金属碲和金属铋作为蒸发靶材，在所述柔性基底上进行蒸发镀膜，将得到的薄膜进行退火处理，得到所述碲化铋基热电薄膜。本专利技术采用卷对卷的动态沉积方式，可以制备米级甚至百米级的碲化铋基大面积热电薄膜材料，从而实现热电薄膜的宏量制备；并且本专利技术采用的蒸发镀膜的方式沉积效率高，能够精确控制薄膜厚度，同时本专利技术得到的碲化铋基热电薄膜表面致密，热电性能优异。
附图说明
[0019]图1为实施例1得到的碲化铋基热电薄膜的XRD图；
[0020]图2为实施例2得到的碲化铋基热电薄膜的SEM图；
[0021]图3为实施例3得到的碲化铋基热电薄膜的电导率
‑
温度测试曲线图；
[0022]图4为实施例3得到的碲化铋基热电薄膜的塞贝克(Seebeck)系数
‑
温度测试曲线图；
[0023]图5为实施例3得到的碲化铋基热电薄膜的功率因子
‑
温度测试曲线图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法，包括以下步骤：
[0025]将柔性基底的两端分别固定在放卷装置和收卷装置上，对所述柔性基底进行收放卷，以金属碲和金属铋作为蒸发靶材，在所述柔性基底上进行蒸发镀膜，将得到的薄膜进行退火处理，得到所述碲化铋基热电薄膜。
[0026]在本专利技术中，所述柔性基底优选包括聚酰亚胺薄膜或尼龙。在本专利技术中，所述柔性基底的厚度优选为0.5～1mm。本专利技术对所述柔性基底的面积没有特殊的限定，可根据实际需求进行选择。
[0027]本专利技术对所述柔性基底在收卷装置和放卷装置的固定方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。
[0028]在本专利技术中，所述金属碲和金属铋的纯度均优选为99.999％。在本专利技术中，所述金属碲和金属铋的质量比优选为2：3。
[0029]在本专利技术中，所述金属碲优选设置在第一坩埚中，所述金属铋优选设置在第二坩埚中。
[0030]在本专利技术中，所述金属碲优选以金属碲粉末的形式填充在第一坩埚中；所述填充
后，还优选包括对所述金属碲粉末进行压实处理；所述压实处理的压力优选为10MPa。
[0031]在本专利技术中，所述金属铋优选以金属铋粉末的形式填充在第二坩埚中；所述填充后，还优选包括对所述金属铋粉末进行压实处理；所述压实处理的压力优选为10MPa。
[0032]在本专利技术中，所述第一坩埚和第二坩埚均优选设置在蒸发镀膜设备的真空腔室中。
[0033]在本专利技术中，所述柔性基底和所述金属碲之间的距离以及所述柔性基底和所述金属铋之间的距离独立的优选为50～80mm，进一步优选为60～70mm。
[0034]在本专利技术中，所述柔性基底和所述金属碲之间的角度以及所述柔性基底和金属铋之间的角度独立的优选为30～45
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碲化铋基热电薄膜的卷对卷动态制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将柔性基底的两端分别固定在放卷装置和收卷装置上，对所述柔性基底进行收放卷，以金属碲和金属铋作为蒸发靶材，在所述柔性基底上进行蒸发镀膜，将得到的薄膜进行退火处理，得到所述碲化铋基热电薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述柔性基底和所述金属碲之间的距离以及所述柔性基底和所述金属铋之间的距离独立的为50～80mm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述柔性基底和所述金属碲之间的角度以及所述柔性基底和金属铋之间的角度独立的为30～45
°
。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述蒸发镀膜时，所述柔性基...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁发柱，古宏伟，商红静，邹琪，张琳，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：