半導(dǎo)體熱電材料Bi-Sb合金薄膜的電化學(xué)制備.pdf

1、半導(dǎo)體熱發(fā)電模塊直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能,無(wú)需化學(xué)反應(yīng)及機(jī)械移動(dòng),可應(yīng)用于火力發(fā)電廠、汽車尾氣等余熱發(fā)電,節(jié)能環(huán)保,有廣闊的應(yīng)用前景。Bi(1-x)SbxRY是很好的低溫?zé)犭姴牧?電沉積是其重要的制備方法之一。沉積條件的變化及電解質(zhì)體系的改變,均會(huì)對(duì)沉積膜的組成、形貌和組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,因此系統(tǒng)了解Bi-Sb合金沉積過(guò)程的電化學(xué)特性,及微觀組織結(jié)構(gòu)與沉積參數(shù)之間的關(guān)系具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文選擇鉍、銻鹽為主要原料,

2、在研究Bi(Ⅲ),Sb(Ⅲ)離子在水溶液中的電化學(xué)行為的基礎(chǔ)上,探討了溫度、pH值、主鹽濃度、添加劑等對(duì)沉積膜組成、結(jié)構(gòu)的影響,應(yīng)用綜合熱分析儀測(cè)定熱處理過(guò)程中材料的DSC曲線,應(yīng)用XRD、SEM對(duì)其結(jié)構(gòu)及形貌進(jìn)行表征,獲得該材料的電沉積制備條件與其結(jié)構(gòu)、熱電性能的作用規(guī)律,為Bi-Sb薄膜的電沉積制備提供理論指導(dǎo)。研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分:
　　 1.針對(duì)Sb(Ⅲ)-HCl-H2O體系,應(yīng)用熱力學(xué)計(jì)算方法,根據(jù)同時(shí)平衡原

3、理建立數(shù)學(xué)模型,以Sb(Ⅲ)的總濃度5×10-5mol/L為例,計(jì)算了不同pH時(shí)Sb(Ⅲ)的各種存在形式的濃度。Sb(Ⅲ)-HCl-H2O體系中,當(dāng)1.30＜pH＜4時(shí),Sb(Ⅲ)主要以SbO+的形式存在,含量大于99.8%。
　　 2.以熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ),根據(jù)檸檬酸和Sb(Ⅲ)的配合反應(yīng),按照等摩爾連續(xù)變化法配制系列溶液,采用紫外分光光度法測(cè)定分析得到pH=2.5時(shí),檸檬酸能與SbO+以1:1形成配合物,其穩(wěn)定常數(shù)為9.4

4、×105。
　　 3.通過(guò)對(duì)Bi-Sb合金膜電沉積液體系極化曲線的研究,理論上確定了電沉積溶液體系的主鹽為氯化銻、氯化鉍;研究了各種添加劑的對(duì)電沉積過(guò)程的影響規(guī)律;通過(guò)極化曲線,確定適宜了的電沉積條件為50mL電解質(zhì)溶液中硼酸1.0g,檸檬酸1.5-2.5g,檸檬酸鈉2.0-2.5g,氯化鈉2.0-2.5g,硫脲0.01g,酒石酸0.1g。
　　 4.研究熱電材料Bi-Sb薄膜的電化學(xué)制備方法,通過(guò)原子吸收和滴定的方法分

5、別考察不同電沉積條件:溫度、pH、電勢(shì)范圍、主鹽濃度對(duì)電沉積的Bi-Sb薄膜中各金屬含量的影響,在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行正交試驗(yàn),確定適宜的工藝條件為pH值為0～1,溫度30～35℃,主鹽濃度為0.4～0.6,沉積電勢(shì)范圍為[-0.7,-0.5]V。
　　 5.在上述最優(yōu)的工藝參數(shù)條件下制備出的摻雜La、Ce樣品薄膜,進(jìn)行表征分析。DSC測(cè)試表明,鑭、鈰摻雜提高了Bi-Sb合金膜的抗氧化性。SEM形貌表征表明,稀土La、Ce的加入使Bi