CN107565010B - 纳晶热电材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳晶热电材料的制备方法，包括：步骤A. 在铜箔上沉积一层厚度为5~15 nm的氧化锆薄膜，采用表面为纳米结构的敲击锤敲击氧化锆薄膜层，使氧化锆薄膜呈玻璃态；步骤B. 在氧化锆薄膜上沉积厚度为5~55 nm的热电材料层，热电材料层的材料为纳晶结构；步骤C. 蚀刻铜箔，使得铜箔层的厚度减薄到3~8 μm，获得包括铜箔层、热电材料层与氧化锆薄膜层的复合层结构；步骤D. 重复步骤A、B和C，获得多张复合层结构；沿同一方向，叠合各张复合层结构，获得包括多层纳晶热电材料层的膜结构。该制备方法，工艺简单，铜的导电率高，能够获得高的电导率，铜的熔点温度较低，便于多张复合层结构的压合。
Description
技术领域
本发明涉及热电材料技术领域，具体涉及一种纳晶热电材料的制备方法。
背景技术
热电材料是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，1823年发现的塞贝克效应和1834年发现的帕尔帖效应为热电能量转换器和热电制冷的应用提供了理论依据。
材料的热电效率可定义热电优值(Thermoelectric figure of merit)ZT来评估：ZT＝S2Tσ/κ，其中，S为塞贝克系数(thermoelectric power or Seebeck coefficient)，T为绝对温度，σ为电导率，κ为导热系数。为了有一较高热电优值ZT，材料必须有高的塞贝克系数(S)，高的电导率与低的导热系数。
为了获得较高的热电优值ZT，薄膜型的热电材料是一个重要的制作方向，目前行业内提供的制作薄膜型热电材料的方案比较少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提出一种薄膜型纳晶热电材料的制备方法，工艺简单，能够获得高的电导率，能够实现多个薄膜层的压合。
一种纳晶热电材料的制备方法，包括：
步骤A.在铜箔上沉积一层厚度为5～15nm的氧化锆薄膜，采用表面为纳米结构的敲击锤敲击氧化锆薄膜层，使氧化锆薄膜呈玻璃态；
步骤B.在氧化锆薄膜上沉积厚度为5～55nm的热电材料层，热电材料层的材料为纳晶结构；
步骤C.蚀刻铜箔，使得铜箔层的厚度减薄到3～8μm，获得包括铜箔层、热电材料层与氧化锆薄膜层的复合层结构；
步骤D.重复步骤A、B和C，获得多张复合层结构；沿同一方向，叠合各张复合层结构，获得包括多层纳晶热电材料层的膜结构。
优选的，步骤D之后还包括：
D1.在900～1000℃温度环境下压合各张复合层结构，使得热电材料层与上层的铜箔层结合。
优选的，步骤C之后，步骤D之前，还包括：
步骤C1.粗化铜箔层的薄面，使得铜箔层的表面粗糙度达到1～3μm。
优选的，步骤B中，通过化学气相沉积或溅射工艺，在氧化锆薄膜层上沉积热电材料层。
优选的，热电材料层的材料为硒化锡、Bi2Te3、PbTe、ZnSb、SiGe、AgSbTe2、GeTe或CeS材料。
优选的，步骤A中，通过溅射工艺，在铜箔上沉积氧化锆薄膜。
本发明的有益效果是：一种纳晶热电材料的制备方法，包括：步骤A.在铜箔上沉积一层厚度为5～15nm的氧化锆薄膜，采用表面为纳米结构的敲击锤敲击氧化锆薄膜层，使氧化锆薄膜呈玻璃态；步骤B.在氧化锆薄膜上沉积厚度为5～55nm的热电材料层，热电材料层的材料为纳晶结构；步骤C.蚀刻铜箔，使得铜箔层的厚度减薄到3～8μm，获得包括铜箔层、热电材料层与氧化锆薄膜层的复合层结构；步骤D.重复步骤A、B和C，获得多张复合层结构；沿同一方向，叠合各张复合层结构，获得包括多层纳晶热电材料层的膜结构。该制备方法，工艺简单，铜的导电率高，能够获得高的电导率，铜的熔点温度较低，便于多张复合层结构的压合。
附图说明
下面结合附图对本发明纳晶热电材料的制备方法作进一步说明。
图1是本发明一种纳晶热电材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明一种纳晶热电材料的制备方法作进一步说明。
一种纳晶热电材料的制备方法，包括：
步骤A.在铜箔上沉积一层厚度为5～15nm的氧化锆薄膜，采用表面为纳米结构的敲击锤敲击氧化锆薄膜层，使氧化锆薄膜呈玻璃态；
步骤B.在氧化锆薄膜上沉积厚度为5～55nm的热电材料层，热电材料层的材料为纳晶结构；
步骤C.蚀刻铜箔，使得铜箔层的厚度减薄到3～8μm，获得包括铜箔层、热电材料层与氧化锆薄膜层的复合层结构；
步骤D.重复步骤A、B和C，获得多张复合层结构；沿同一方向，叠合各张复合层结构，获得包括多层纳晶热电材料层的膜结构。
本实施例中，步骤D之后还包括：
D1.在900～1000℃温度环境下压合各张复合层结构，使得热电材料层与上层的铜箔层结合。
本实施例中，步骤C之后，步骤D之前，还包括：
步骤C1.粗化铜箔层的薄面，使得铜箔层的表面粗糙度达到1～3μm。
本实施例中，步骤B中，通过化学气相沉积或溅射工艺，在氧化锆薄膜层上沉积热电材料层。
本实施例中，热电材料层的材料为硒化锡、Bi2Te3、PbTe、ZnSb、SiGe、AgSbTe2、GeTe或CeS材料。
本实施例中，步骤A中，通过溅射工艺，在铜箔上沉积氧化锆薄膜。
该制备方法，工艺简单，铜的导电率高，能够获得高的电导率，铜的熔点温度较低，便于多张复合层结构的压合。
本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种纳晶热电材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A.在铜箔上沉积一层厚度为5～15nm的氧化锆薄膜，采用表面为纳米结构的敲击锤敲击所述氧化锆薄膜层，使所述氧化锆薄膜呈玻璃态；
步骤B.在所述氧化锆薄膜上沉积厚度为5～55nm的热电材料层，热电材料层的材料为纳晶结构；
步骤C.蚀刻所述铜箔，使得铜箔层的厚度减薄到3～8μm，获得包括铜箔层、热电材料层与氧化锆薄膜层的复合层结构；
步骤D.重复步骤A、B和C，获得多张复合层结构；沿同一方向，叠合各张所述复合层结构，获得包括多层纳晶热电材料层的膜结构。
2.如权利要求1所述纳晶热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤D之后还包括：
D1.在900～1000℃温度环境下压合各张所述复合层结构，使得热电材料层与上层的铜箔层结合。
3.如权利要求2所述纳晶热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤C之后，步骤D之前，还包括：
步骤C1.粗化所述铜箔层的薄面，使得铜箔层的表面粗糙度达到1～3μm。
4.如权利要求2所述纳晶热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，通过化学气相沉积或溅射工艺，在氧化锆薄膜层上沉积热电材料层。
5.如权利要求1所述纳晶热电材料的制备方法，其特征在于，所述热电材料层的材料为硒化锡或Bi2Te3材料。
6.如权利要求1所述纳晶热电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，通过溅射工艺，在铜箔上沉积氧化锆薄膜。
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