[发明专利]一种电化学制备Zn4Sb3薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备热电材料的方法,特别是一种电化学制备Zn₄Sb₃薄膜的方法。

背景技术

热电材料是利用热电效应将热能和电能直接相互耦合、相互转换的一类极其重要的功能材料,热电效应是由电流引起的可逆热效应和温差引起的电效应的总称,具体包括:Seebeck效应、Peltier效应Thomson效应。由于热电设备具有无震动、无噪声、无泄漏、体积小、重量轻、对环境无任何污染等优点,因此热电材料已经成为人们研究的重要功能材料。目前,热电材料已经成功运用到人造卫星、太空飞船、高性能接收器和传感器等领域。近年来随着研究的不断深入使得热电材料的热电性能一直在不断提高，热电转化效率在不断提高。Zn₄Sb₃作为一种低温热电材料，可以很好的发挥热电材料在民用领域的作用，有望让热电材料成为更好的清洁能源。并会进一步扩展到如垃圾焚烧余热、从工业精炼厂回收废热、使用电动汽车中排放出的热气给汽车充电等领域，相信在不久的将来会得到更大的关注。

对于Zn₄Sb₃的制备已经开发了很多种方法，主要有磁控溅射法（L.T.Zhang等,Thin Solid Films443(2003)84）、真空熔炼法（T.J.Zhu等,Mater.Lett.46(1)(2000)44）热压法（S.C.Ur,Mater.Lett.58(2004)2132-2136）等。磁控溅射法可以制备出薄膜材料但对于设备要求较高；真空熔炼法制备的块体材料中微裂纹较多且耗能大；热压法制备的也是块体材料，块体材料难以达到高的热电系数。所有的这些方法的制备条件苛刻，需要大量的能量消耗，而且制备的主要是块体材料。到目前为止还没有电化学方法制备Zn₄Sb₃薄膜的报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种简单方便、成本低的电化学制备Zn₄Sb₃薄膜的方法，该方法制备的Zn₄Sb₃半导体薄膜热电材料适用于低温范围，纯度好，质量高。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种电化学制备Zn₄Sb₃薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤A：利用化学清洗剂将ITO玻璃清洗干净，作为工作电极；

步骤B：将SbCl₃和Zn(NO₃）₂·6H₂O（或ZnCl₂）分别溶解在有机溶剂中，并将溶解后的两溶液混合，使SbCl₃：Zn(NO₃）₂·6H₂O（或ZnCl₂）的范围介于1:1-1:4；

步骤C：利用Pt片作为对电极，饱和氯化银电极作为参比电极，用焊接有铜导线的ITO玻璃作为工作电极，连接好设备进行电化学沉积；

步骤D：将沉积好的薄膜用清洗液清洗并用氮气吹干，得到Zn₄Sb₃薄膜。

上述方案中，步骤A中所述的清洗剂为丙酮、乙醇,所用的清洗设备为超声清洗器。

上述方案中，步骤B中的有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺（DMAC）和二甲基亚砜（DMSO）,溶解过程中用磁力搅拌器搅拌。

上述方案中，步骤C中利用电沉积设备为电化学工作站，沉积电位为-1.2V到1.8V之间。

上述方案中，步骤D中所述的清洗液为DMSO和乙醇，清洗顺序为先用DMSO清洗，再用乙醇清洗。

本发明提供了一种电化学制备高质量Zn₄Sb₃热电薄膜的方法，制备出的Zn₄Sb₃薄膜纯度较高，整个制备过程中所使用的设备都是技术成熟、常用的设备，大大缩短了制备的温度及时间，制备过程中也不需要苛刻的实验条件，非常有利于推广。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，以下结合实施例进行详述：

实施例1.

选取尺寸为0.5cm*2cm的ITO玻璃，利用丙酮、乙醇等清洗液在超声波清洗机超声清洗干净，然后用电阻为18.25MΩ·cm的去离子水清洗，清洗后用氮气吹干；