CoSb3热电薄膜的电化学制备研究

摘要

热电材料是一种能够将热能和电能直接相互转换的功能材料。用热电材料做成的器件具有体积小、重量轻、无传动部件、精确可靠等优点，在温差发电和热电制冷方面具有广阔的应用前景。
　　CoSb3化合物是一种新型的热电材料，适合在600K左右的温度下使用。降低CoSb3热电材料的维数可以有效提高材料的ZT值，因此人们对CoSb3热电薄膜材料的研究非常感兴趣。利用电化学的方法沉积薄膜具有低成本、易于控制沉积参数等显著优点，在薄膜制备领域应用广泛。
　　本论文以CoSb3热电材料为研究对象，通过循环伏安分析等电化学测试方法对不含Co2+、SbO+的柠檬酸溶液，含有Co2+的单组分溶液体系，含有SbO+的单组分溶液体系和含有Co2+、SbO+的二元溶液体系在ITO和不锈钢基片上的电化学行为进行了系统的研究。结果表明单组分溶液中SbO+最容易被还原，其次是H+，Co2+最难还原，这与标准电极电位相一致;二元溶液体系在合适的沉积电位下Co2+、SbO+可以同时沉积到基片上，但是难以形成CoSb3化合物。采用恒电位的沉积方法，在不锈钢和ITO上沉积制备出了Co-Sb薄膜材料，运用X射线衍射、扫描电子显微镜等方法对薄膜的结构、形貌和组成成分进行了分析。结果发现，在柠檬酸水溶液中，Co2+和SbO+可以同时沉积到不锈钢基片和ITO上面，形成Co-Sb薄膜，薄膜主要由晶相Sb和非晶相Co组成，如果Co的含量明显高于Sb的含量，会有少量晶体CoSb化合物形成，生成的薄膜的形貌比较复杂，同一薄膜上的不同位置也有不同形貌。薄膜在充满氩气的管式炉中热处理两个小时(热处理温度为400℃)，晶体结构发生显著的变化，由原来的Co与Sb混合物转化成Co的化合物，如果Sb的含量足够多则反应生成晶体CoSb3化合物，如果Co的含量比较多则会生成晶体CoSb化合物。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 热电材料的发展历程

1．2 热电效应

1．2．1 Seebeck效应

1．2．2 Peltier效应

1．2．3 Thomson效应

1．3 热电材料的性能

1．3．1 热电优值

1．3．2 提高材料热电性能的主要途径

1．4 热电材料的应用

1．5 热电材料的研究进展

1．5．1 传统热电材料的研究现状

1．5．2 新型热电材料的研究进展

1．6 CoSb3材料的制备方法及其研究进展

1．7 选题背景及文章内容

第二章 实验方法

2．1 实验仪器设备及材料

2．1．1 实验设备

2．1．2 化学试剂

2．2 基片的制备

2．2．1 基片的预处理

2．2．2 基片的制作

2．3 实验装置及溶液体系

2．3．1 实验装置示意图

2．3．2 溶液组成

2．3．3 循环伏安法(CV)

2．4 沉积薄膜的表面形貌、成分及其晶体结构分析

2．4．1 扫描电子显微(SEM)分析

2．4．2 X射线衍射(XRD)分析

2．4．3 电子探针X射线显微分析(EPMA)

第三章 Co-Sb溶液体系的电化学研究

3．1 一元体系的电化学测试结果

3．1．1 支持电解液的循环伏安测试

3．1．2 纯钴体系的电化学研究

3．1．3 纯锑体系的电化学测试

3．1．4 一元体系的Co2+与SbO+离子的电化学行为的比较

3．2 Co-Sb二元体系

3．2．1 Co-Sb二元溶液体系的电化学测试

3．3 Co-Sb-Te三元溶液体系

3．3．1 Co-Sb-Te三元溶液体系的循环伏安测试

第四章 Co-Sb薄膜的制备与表征

4．1 Co-Sb薄膜的制备与表征

4．1．1 离子浓度比对Co-Sb薄膜的影响

4．1．2 恒电流沉积对Co-Sb薄膜的影响

4．1．3 沉积电位对不锈钢基片上Co-Sb薄膜的影响

4．1．4 沉积电位对ITO基片上Co-Sb薄膜的影响

4．2 热处理对Co-Sb薄膜的影响

4．2．1 热处理对不锈钢基片上Co-Sb薄膜的影响

4．2．2 热处理对ITO基片上Co-Sb薄膜的影响

第五章 结论

参考文献

附录

致谢