Bi、Te及其合金納米線和PEDOT復(fù)合熱電薄膜的制備與表征.pdf

1、納米線由于量子限域效應(yīng)和強(qiáng)烈聲子界面散射而具有高的Seebeck系數(shù)和低的熱導(dǎo)率，被認(rèn)為是最具潛力的熱電材料。為了獲得高純度高質(zhì)量納米線，本文以同成分納米晶種作為模板，發(fā)展了一種自模板生長(zhǎng)納米線的方法，分別制備了Bi、Te和Bi2Te3納米線，探索了納米線生長(zhǎng)的影響因素，研究了納米線的物相組成、微觀結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)機(jī)制，優(yōu)化了制備工藝。利用PEDOT良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和加工性，采用提拉鍍膜方法分別制備了PEDOT:PSS/Bi和PEDOT:

2、PSS/Bi2Te3復(fù)合薄膜，研究了復(fù)合薄膜的形貌和結(jié)構(gòu)，探索了Bi和Bi2Te3納米線含量對(duì)復(fù)合薄膜電輸運(yùn)性能的影響規(guī)律。得到如下主要成果：
　　(1)采用自模板生長(zhǎng)法，以Bi晶種為模板，制備了直徑為40–50nm、長(zhǎng)度為幾十微米的高純Bi納米線，研究了溫度、還原劑和晶種等因素對(duì)高純Bi納米線生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，控制溫度可以調(diào)節(jié)Bi的形核速率，最佳溫度是140℃；選擇還原性較弱的乙二醇作為還原劑可以使Bi的形核速率保持在較低的

3、水平；同成分晶種作為Bi納米線外延生長(zhǎng)的模板有利于生成納米線。Bi納米線的生長(zhǎng)方向?yàn)閇112?0]，其生長(zhǎng)演變過程為Bi晶種→納米顆?！{米簇→納米棒→納米線。
　　(2)采用自模板生長(zhǎng)法，以Te晶種為模板，制備了直徑為40–50nm、長(zhǎng)度為幾十微米的高質(zhì)量Te納米線，研究了溫度、晶種和表面活性劑等因素對(duì)高純Te納米線生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，控制溫度可以調(diào)節(jié)Te的形核速率，最佳溫度是140℃；利用同成分晶種作為Te納米線外延生長(zhǎng)的模

4、板有利于生成納米線；選擇分子量較高的表面活性劑可以誘導(dǎo)Te沿其鏈與之配位，防止Te核聚集，使用PVP K90可以得到高長(zhǎng)徑比的Te納米線。Te納米線的生長(zhǎng)方向?yàn)閇0001]，其生長(zhǎng)演變過程為Te晶種→納米顆?！{米棒→納米線。
　　(3)采用自模板生長(zhǎng)法，以Te納米線為模板，制備了直徑為50–70nm、長(zhǎng)度為幾微米到十幾微米的高純Bi2Te3納米線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Te納米線作為生長(zhǎng)模板，可以阻止 Bi2Te3晶核多中心生長(zhǎng)成球形納

5、米粒子，對(duì)Bi2Te3納米線的形成起著至關(guān)重要的作用。Bi2Te3納米線的主軸方向?yàn)閇011?4?]，Bi2Te3納米線的生長(zhǎng)過程表現(xiàn)為Bi晶核向模板Te納米線擴(kuò)散并發(fā)生合金化反應(yīng)。
　　(4)采用提拉鍍膜法分別制備了PEDOT:PSS/Bi和PEDOT:PSS/Bi2Te3復(fù)合薄膜，研究了兩種復(fù)合薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)和納米線含量變化對(duì)復(fù)合薄膜電輸運(yùn)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，PEDOT:PSS薄膜的電導(dǎo)率為42.7S/cm，PEDOT

6、:PSS/Bi和PEDOT:PSS/Bi2Te3復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率分別隨Bi和Bi2Te3納米線含量增加先增大后減??；Bi含量為0.4wt％時(shí)，PEDOT:PSS/Bi復(fù)合薄膜的最大電導(dǎo)率達(dá)95.9S/cm，與PEDOT:PSS薄膜相比提高了125%；Bi2Te3含量為0.6wt%時(shí)，PEDOT:PSS/Bi2Te3復(fù)合薄膜的最大電導(dǎo)率達(dá)82.6S/cm，與PEDOT:PSS薄膜相比提高了93%；兩種復(fù)合薄膜的Seebeck系數(shù)并無明顯變