● 摘要
摘 要
热电技术是一种广泛应用于空间及其他高精尖生产领域中的固体物理技术。它能够不依赖于机械运作而直接实现热能与电能相互转化的。目前，热电技术已经发展到了一个瓶颈阶段：从工程技术层面来看，热电技术亟需解决制备技术的廉价性与规模化生产的可加工性；从科学层面看，热电效率的进一步提高要求我们实现对电子和声子的协同控制。理论预测和实验结果均表明：材料的低维纳米化与异质结结构可以有效调控材料中的声子与电子输运，并大幅提高材料的热电优值。相比于传统的物理加工技术，液相化学法在材料生产的廉价性和规模化方面具有着天然的优势；而碲化铋与碲化锑基合金是目前性能最好的室温热电材料。因而，利用液相法技术来开发制备高质量的碲化铋系低维纳米材料、两相核壳异质结构材料和低维异质阵列结构材料对于开发新一代高效热电技术具有重要意义。
本论文以碲化铋基热电材料为主要研究对象，通过优化设计材料制备方案，采取物理弱处理与液相化学合成相结合的办法开发出了一系列纳米化、核壳异质结构与低维异质阵列结构的热电材料；通过无模板自组装、快速烧结等工艺，开发了一种由纳米材料直接制备高性能规模化薄膜与块体技术；并系统研究了上述薄膜、块体材料的显微结构与材料性能的关系及性能增强机制。针对热电薄膜对电极的需求，制备出了具有超疏水与耐候性的锌电极技术；所取得的主要研究成果如下：
1、通过液相化学法实现一维Te纳米线到直径（10-60nm）可调的一维碲化铋基纳米管、纳米线材料的制备技术。
2、使用物理气相沉积法制备出碲纳米线阵列为前提；结合分步液相法实现了超薄低维片式异质碲化物阵列材料的可控制备，并实现了对片式阵列薄膜材料的微观片间距、片厚度、片堆积密度等阵列单元结构参数调控。
3、利用两步化学液相合成法，获得一种新颖的Bi2Te3@Sb2Te3核壳异质纳米片。研究了这种特殊结构的纳米材料的生长机理，提出了核壳异质纳米片生长中的外延粘附生长机制，为液相法合成其他热电纳米材料制备提供了一个新途径。所得纳米材料经低温SPS烧结后，材料的功率因子达到了2mw/m*K2，高于其它化学合成法得到的氮族硫族热电纳米材料。
4、发展了一种直接实现半导体纳米粉体在柔性衬底上沉积薄膜化的方法，克服了半导体纳米材料在直接薄膜化烧结过程中出现的成份偏析、性能衰减、与基底材料结合力差等诸多关键性技术难题；阐明了柔性薄膜材料优异的电学性能与薄膜有序组织的相关性。所得柔性薄膜材料热电功率因子为0.2mw/m*K2，在大规生产制备中极具应用潜力。
5、结合热电器件对电极的需求，采用热蒸发方法制备了一种具备超疏水特性的毛毯状金属锌纳米线阵列电极材料。这种特殊纳米结构的锌电极材料在具有很高的电导率（1.6×106S/m以上）同时，还具有额外的超疏水性和耐候性。通过系统研究金属锌纳米线电极的表观浸润性与材料本身的微观结构和表面化学性质特性之间的关系，提出了一个基于微观界面能平衡的理论模型。