[发明专利]离子液体中电沉积室温n型BiTeSe热电材料薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体热电材料技术领域，涉及一种在离子液体中电沉积室温n型BiTeSe热电材料薄膜的制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染的加剧，可将大量低品位热能转化成电能的热电转换技术日益受到关注。热电材料，即温差电材料，是一种可实现热能和电能直接相互转换的功能材料，可分为块体材料和薄膜材料两类。其中，薄膜温差电材料被广泛应用于制备微型温差电装置。相对于其它的制备方法，电沉积法由于具有制备条件温和、设备简单、成本低且对材料组成及结构的可控操作等特点，在制备薄膜温差电材料方面更有优势。

在水体系及有机体系中液相电沉积制备室温Bi₂Te₃及掺杂热电材料薄膜已见大量报道。与传统溶剂相比，离子液体具有较好的热稳定性、导电性、溶解性以及较宽的电化学窗口等特点，为采用电沉积方法制备Bi₂Te₃及掺杂薄膜温差电材料提供了一条新的途径。

本发明提出了一种在室温下具有良好稳定性的氯化胆碱基离子液体中电沉积制备n型BiTeSe热电材料薄膜的方法。该电沉积BiTeSe热电材料薄膜的方法具有电化学窗口宽，副反应少，制造成本简单，安全可靠，绿色环保等优点。

发明内容

本发明提出了一种电沉积室温n型BiTeSe热电材料薄膜的制备方法，包括:（1）氯化胆碱基离子液体的制备；（2）BiTeSe电沉积溶液的配制；（3）BiTeSe热电材料薄膜的电沉积。其特征在于：它是采用氯化胆碱基离子液体为溶剂进行BiTeSe电沉积溶液的配制，采用多电流阶跃控电流的电沉积方式进行BiTeSe热电材料薄膜的制备，阴极电流密度的阶跃范围为-50mA/cm²～5mA/cm²，优选-20mA/cm²～2mA/cm²。

所述的制备方法中，氯化胆碱基离子液体指的是：氯化胆碱-丙二酸、氯化胆碱-草酸或氯化胆碱-草酸-丙二酸体系油浴控温共熔制备的低共熔溶剂，其中氯化胆碱：草酸的摩尔比范围为1:1～1:4，氯化胆碱：丙二酸的摩尔比范围为1:1～1:5，氯化胆碱：草酸：丙二酸的摩尔比范围为2:1:1～2:3:6。

上述所采用的电沉积方式可以是单独阴极不同电流密度下阶跃电沉积，或者是阴极阳极同时多电流阶跃电沉积；可以是阴极小电流密度下先沉积再阶跃为阴极较大电流密度下沉积，或者是阴极较大电流密度下先沉积再阶跃为阴极小电流密度下沉积，或者是阴极大电流密度下先沉积再阶跃为阳极小电流密度下沉积；阶跃电流密度可以是两种或两种以上。优选阴极小电流密度下先沉积再阶跃为阴极较大电流密度下沉积的电沉积方式。

所述的电沉积室温n型BiTeSe热电材料薄膜的制备方法，是在电沉积过程中，采用油浴控温，温度范围为20℃～140℃，优选是50℃～100℃。电沉积溶液pH＜3，在带有密封盖可密闭的容器内盛放电沉积溶液，通入氮气保护电沉积溶液。

所述的电沉积室温n型BiTeSe热电材料薄膜的制备方法，不仅适用于制备BiTeSe热电材料，也同样适用于制备BiTe、BiSbTe、BiSe、BiSbTeSe热电材料薄膜。

本发明在研究中重点考察了n型BiTeSe热电材料薄膜的电沉积溶液配制的方法和电沉积技术参数的优化选取方法，与现有技术相比所具有的积极效果在于采用氯化胆碱基离子液体为液相溶剂电沉积制备了n型BiTeSe热电材料薄膜，电化学窗口宽，电沉积过程副反应少，绿色环保，可大规模生产，有望提高Bi₂Te₃基热电材料的温差电性能和ZT值。

附图说明：

附图1阴极小电流沉积后阶跃为大电流沉积电流-时间波形图

附图2BiTeSe热电材料薄膜的表面形貌

附图3BiTeSe热电材料薄膜的能谱分析

附图4阴极多电流阶跃电流-时间波形图

附图5阴极大电流沉积后阶跃为小电流沉积电流-时间波形图

附图6阴极大电流沉积后阶跃为阳极小电流溶解电流-时间波形图。

具体实施方式：