n型Bi2Te3基材料表面处理对热电单元性能的影响

作者：华思恒; 杨东旺; 唐昊; 袁雄; 展若雨; 徐卓明; 吕嘉南; 肖娅妮; 鄢永高^*; 唐新峰^*

来源：无机材料学报, 2023, 38(02): 163-169.

• Bi2Te3
• 界面结合强度
• 界面接触电阻
• 镍阻挡层
• 微型热电器件

Bi2Te3基微型热电器件的尺寸越小,界面结合强度及接触电阻对于器件力学性能、开路电压以及输出功率等的影响就越显著。因此开发成本低、工艺简单的热电单元制备技术,并使n型Bi2Te3基块体材料与阻挡层间的界面兼具低接触电阻、高结合强度具有重要意义。本工作将n型Bi2Te3基热电材料薄片在混合酸溶液(pH～3)中进行表面处理,随后进行化学镀Ni(5μm),再与Cu电极焊接制备得到热电单元。腐蚀后, n型Bi2Te3基热电材料表面大的沟壑与Ni阻挡层间形成锚固效应,腐蚀6 min的材料结合强度高达15.88 MPa。大沟壑表面进一步腐蚀后出现的精细分支与Ni阻挡层间形成纳米孔洞,显著增大了界面接触电阻,腐蚀2 min的材料达到2.23??cm2。最终,腐蚀4 min后镀Ni的n型Bi2Te3基热电片材与p型Bi2Te3基热电片材制备的微型热电器件在20 K温差(高温端306 K,低温端286 K)下的输出功率高达3.43 mW,相较于商用电镀镀层制备的同尺寸器件提升了31.92%。本工作将为微型热电器件的性能优化提供支撑。

• 单位
  武汉理工大学; 材料复合新技术国家重点实验室