[发明专利]一种快速制备YbAl3

说明书

本发明公开了一种快速制备YbAl₃热电薄膜的方法，以Al粉和YbAl₃粉为原料，首先采用蒸镀工艺将原料蒸镀至基板表面，快速形成前驱体薄膜；然后采用改进的高温退火工艺，促进得到结晶度较好的单相YbAl₃薄膜。本发明涉及的工艺简单、制备时间短，所制备的YbAl₃热电薄膜结晶度较好，可为YbAl₃热电薄膜的规模化制备和大规模应用奠定良好的基础。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种快速制备YbAl₃热电薄膜的方法。

背景技术

热电材料是一种通过材料内部载流子的有效运动实现热能和电能直接转化的一种功能材料。热电技术是一种可靠的绿色环保的新型能源转换技术，主要应用于温差发电和热电制冷等领域。热电器件与其它能源转换器件相比，具有很多突出优点，如无噪音、结构简单、稳定性高、寿命长、体积小方便携带、环保无污染和适用温度范围广等。近年来，一些非常规热电材料引起研究学者的关注，如YbAl₃，它是一种典型的重费米子材料，是低温区间功率因子最高的热电材料，具有优异的综合电输运性能(极高电导率和大Seebeck系数)，已经成为一种在低温区范围非常有潜力的n型热电材料。另外，在我国Yb元素和Al元素资源非常丰富、价格也比较便宜，且这两种元素对环境危害较小。因此YbAl₃二元化合物材料被公认为是一种具有潜在应用前景的低温区热电材料。

由于热电器件在集成电路、微型电子设备、可穿戴电子设备和微传感器热电器件的应用潜力，热电器件小型化已成为一个迅速发展的学科。目前，用于制备热电薄膜材料的方法有主要包括真空蒸发镀膜、溅射镀膜法、离子镀膜法、离子化学气相沉积、分子束外延法和脉冲激光沉积等。其中，真空蒸发镀膜是将块体或者粉末等固体材料置于真空条件下，给予一个高的电流使材料迅速升温然后熔融挥发并沉积在玻璃片等衬底上形成所需的薄膜材料。真空蒸发镀膜方法制备工艺简单，制备速度快且效率较高；但其制备过程较快，不容易形成结晶度较高的薄膜材料。同时，目前YbAl₃薄膜的制备工艺较为欠缺，有学者探索了利用YbAl₃靶材和Al靶材双靶共溅射制备YbAl₃热电薄膜的工艺，但是靶材的烧结工艺及其显微结构、基板温度、靶材功率和输出电压等对YbAl₃热电薄膜的影响较大；且容易导致YbAl₂的出现并难以去除；此外，溅射时间太长效率低下，不利于YbAl₃热电薄膜的批量制备和大规模应用。因此，从材料制备工艺的简便性和科学性方面考虑，研究单相YbAl₃薄膜材料的制备工艺对开展YbAl₃热电薄膜材料的大规模应用具有非常积极的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种单相YbAl₃薄膜的制备方法；涉及的工艺简单、制备时间短，所制备的YbAl₃热电薄膜结晶度较好，可为YbAl₃热电薄膜的规模化制备和大规模应用奠定良好的基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种快速制备YbAl₃热电薄膜的方法，包括如下步骤：

1)以Al粉和YbAl₃粉为原料，将原料在真空条件下蒸镀至基板表面，得表面含前驱体薄膜的基板；

2)向耐高温容器中加入Al粉，然后将步骤1)所得表面含前驱体薄膜的基板设置耐高温容器中，并控制基板蒸镀薄膜的一面与耐高温容器的内表面形成将Al粉包含在其中的密闭空间；然后在绝氧条件下加热进行高温退火，冷却，即在基板表面得到单相的YbAl₃热电薄膜。

上述方案中，所述基板可选用玻璃基板或铜基底(如铜箔等)等。