离子束溅射制备与改性增强Zn4Sb3薄膜热电特性及相关物理机制研究
批准号:
11604212
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
郑壮豪
依托单位:
学科分类:
表面界面与低维物理
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
叶凡、刘朋娟、李颖贞、李亚丹、魏萌
中文摘要
热电材料可以实现热能和电能的直接相互转换,是极具竞争力的新能源材料,但低的热电转换效率制约了其广泛的应用。Zn4Sb3是具有前景的热电材料之一,低维薄膜化是提高其热电性能的有效方法。本项目在综合分析高质量Zn4Sb3薄膜生长存在的关键科学问题的基础上,提出采用离子束溅射制备Zn4Sb3薄膜,并配合离子束改性技术调控薄膜微结构,以增强其热电输运特性。首先,研究离子束溅射参量对Zn4Sb3薄膜晶体结构、化学成分的影响,建立相关性物理模型;随后,采用离子束辅助溅射和表面后处理技术,对薄膜进行微结构改性,深入研究改性参量对薄膜原子移动、晶核形成等微结构的影响,并分析薄膜热电输运特性的变化规律,以此建立离子束与物质相互作用机制及薄膜微结构与热电输运特性之间的相关性物理机理;进而,通过离子束溅射和改性参量的调节,调控出能够有效增强薄膜热电输运特性的微结构,实现Zn4Sb3薄膜热电性能的大幅度提高。
英文摘要
Thermoelectric material is a kind of new energy material which has the functional characteristic of conversion between thermal energy and electrical energy. But they are relegated to niche applications due to the poor energy conversion efficiency. Zn4Sb3 is one of the promising thermoelectric materials and low dimensional thin film technique can improve its thermoelectric properties. Based on the analysis of the key scientific problems for preparing high-performance Zn4Sb3 thin films, the ion beam sputtering and modification technique will be used to prepare the Zn4Sb3 thin films in order to enhance the its thermal transport properties. At first, the influence of ion beam sputtering parameter on the crystal structure and composition of Zn4Sb3 thin films will be investigated and the physical mechanism will be gained. Then, the other ion beam will be used for modified the micro-structure of the Zn4Sb3 thin films. The effects of ion beam parameter on the atomic motion and crystal nucleation will be studied. The micro-structure and thermoelectric properties will be measured. The physical mechanism of the matter interaction mechanism and the relationship between micro-structure and thermoelectric properties will be obtained based on the theoretical and experiment studies. As the final goal, high performance Zn4Sb3 thin films will be gained by suing ion beam sputtering and modified technology after the theoretical and experiment studies.
高性能薄膜热电材料及器件的研发,是目前热电材料研究领域的前沿课题。Zn4Sb3基热电材料是极具应用前景的热电材料体系,深入研究其薄膜材料的制备工艺,是进一步提高其热电性能及降低制造成本的关键所在。鉴于此,本项目采用离子束溅射方法,结合离子束改性技术调控Zn4Sb3基薄膜微结构,通过深入探索离子束溅射(改性)参量与薄膜微结构及热电输运特性之间的关联特性,掌握了基于离子束溅射结合离子束后处理技术制备Zn4Sb3基薄膜的生长机理和关键技术;进而通过工艺参量的优化调节,最终实现了热电优值接近1.2的Zn4Sb3基热电薄膜的制备;同时在本项目的支持下,也相继开发了磁控溅射技术制备Zn4Sb3基热电薄膜及有机-无机复合热电薄膜的制备新技术。目前相关研究成果已经发表在国内外著名学术期刊上,并获得了国家发明专利授权,为热电薄膜材料的创新性技术研发提供科学依据和理论支持。
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Micro-structure and Room-Temperature Thermoelectric Properties of Bi-Doped Antimony Zinc Thin Films Fabricated by Co-sputtering Method
共溅射双掺杂锑锌薄膜的微结构和室温热电性能
DOI:
10.1007/s11664-016-5144-7
发表时间:
2017-05
期刊:
Journal of Electronic Materials
影响因子:
2.1
作者:
[Wei Meng, Fan Ping, Zheng Zhuang Hao, Luo Jing Ting, Liang Guang Xing, Zhong Ai Hua, Yin Mei Mei]
通讯作者:
Yin Mei Mei
Nano structure Ti-doped skutterudite CoSb3 thin films through layer inter-diffusion for enhanced thermoelectric properties
纳米结构钛掺杂方钴矿CoSb3薄膜通过层间扩散增强热电性能
DOI:
10.1016/j.jeurceramsoc.2019.06.044
发表时间:
2019-12-01
期刊:
JOURNAL OF THE EUROPEAN CERAMIC SOCIETY
影响因子:
5.7
作者:
[Liang, Guang-xing, Zheng, Zhuang-hao, Fan, Ping]
通讯作者:
Fan, Ping
Enhancement of power factor in zinc antimonide thermoelectric thin film doped with titanium
钛掺杂锑化锌热电薄膜功率因数的提高
DOI:
10.1016/j.matlet.2017.08.063
发表时间:
2017-12
期刊:
Materials Letters
影响因子:
3
作者:
[Zheng Zhuang-hao, Li Fu, Luo Jing-ting, Liang Guang-xing, Ma Hong-li, Zhang Xiang-hua, Fan Ping]
通讯作者:
Fan Ping
Effects of Ag-doped content on the microstructure and thermoelectric properties of CoSb3 thin films
Ag掺杂含量对CoSb3薄膜微结构和热电性能的影响
DOI:
10.1016/j.tsf.2019.04.008
发表时间:
2019-06
期刊:
Thin Solid Films
影响因子:
2.1
作者:
[Fan Ping, Wei Meng, Zheng Zhuang hao, Zhang Xiang hua, Ma Hong li, Luo Jing ting, Liang Guang xing]
通讯作者:
Liang Guang xing
DOI:
10.1007/s10853-019-03596-4
发表时间:
2019-04
期刊:
Journal of Materials Science
影响因子:
4.5
作者:
[Li Fu, Luo Jing ting, Zheng Zhuang hao, Liang Guang xing, Zhong Ai hua, Chen Yue xing, Fan Ping]
通讯作者:
Fan Ping
共 16 条
有机-无机杂化钙钛矿复合Te基热电薄膜微纳结构调控优化热电性能的研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:郑壮豪
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依托单位:
硒化亚铜柔性薄膜热电性能提升机制研究
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批准号:62274112
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项目类别:面上项目
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资助金额:59万元
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批准年份:2022
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负责人:郑壮豪
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依托单位:
双元掺杂与微结构调控增强 CoSb3薄膜热电特性及相关物理机制研究
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批准号:2020A1515010516
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2020
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负责人:郑壮豪
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依托单位:
国内基金
海外基金