Sb<,2>Te<,3>一维纳米结构的制备与表征

• 作 者: 张帆
• 机 构: 北京科技大学
• 出 处: 北京科技大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 热电材料 碲化锑 一维纳米结构 化学气相沉积

由于热电材料在制冷和发电方面的广阔应用前景，使其在世界范围内受到了广泛的重视。如果材料的热电优值ZT能够提高到3，小型、静态且能固定安装、长寿命的制冷装置将逐步代替传统的制冷器件。最近，理论和实验研究证明诸如量子阱、量子线、量子点等热电低维结构能够显著提高热电材料的性能。　　
本文在热电理论回顾和热电材料发展历史总结的基础上，以室温热电性能优异的传统热电材料Sb2Te3为研究对象，致力于Sb2Te3一维纳米结构的合成，并运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDX)、透射电子显微镜(TEM)等对其进行了表征。　　
利用化学气相沉积法，在单晶硅基底上合成了低维碲化锑材料，分析了合成产物的组成和结构以及生长机理。由于碲化锑自身的特殊晶体结构——晶胞中两层Te原子间以范德瓦尔斯力相结合，使得其晶体更容易生长成六边形的片。因此，利用催化剂限制其生长方向，成为制备一维纳米结构的关键。　　
同样采用化学气相沉积法，以纳米金颗粒为催化剂合成了一维纳米结构的碲化锑材料，讨论了沉积过程中气压、气流、温度和反应时间等因素对沉积物形貌的影响。首先，应当保证Sb源与Te源的具有合适的蒸发速度，即两者反应温度分别在500℃和200℃以上；其次，要控制源的传输速度，反应过程中控制气压为200 Pa，气流为100 sccm，有利于Sb2Te3纳米线在450～420℃区域的生长，沉积10分钟左右能够得到较多的单晶纳米线。尽管产物中伴随有其他杂质(Sb与Te的合金)，但是我们的研究表明通过适当的方法可以克服Sb2Te3晶体结构各向异性的影响，从而制备得到单晶纳米线。采用这种方法得到的纳米线直径在几十到一百纳米间，长度约为几个微米；单晶纳米线生长方向为[1，1，0]。