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研究所微纳热电薄膜材料热物性表征取得新进展
 

  将热电材料制作成纳米柱状薄膜结构是一种理论上能有效降低热导率、大幅提升热电优值的操控手段。但随之而来的问题是纳米柱状薄膜热导率的精确获取困难,由于Bi2Te3取向纳米柱状薄膜是由直径为微米量级的纳米柱阵列组成的多孔结构,其表面粗糙度较大,因此在表面上直接沉积百纳米厚的微型金属探测器的实验方案无法适用。常规的热物性测试手段已无法适用于该类表面多孔、厚度为微米量级结构热输运特性的表征。 

  近日,中科院工程热物理研究所传热传质研究中心在多年从事微纳尺度热物性测量的基础上,发展了基于谐波探测的方法,实现了Bi2Te3取向纳米柱状微纳复合薄膜热导率的测试。课题组提出一种新型的法测试结构:在玻璃基底上直接沉积法的四电极微型镍传感器,然后在其上沉积绝缘层,最后生长Bi2Te3取向纳米柱状薄膜。各层材料的布置及厚度示于图1,其中微型镍传感器的形状示于图2。通过此新型测试结构,实验获得的Bi2Te3纳米柱状薄膜的热导率和热扩散率分别为1.0 W/(m·K) 1.26×10-6 m2/s,与文献预测结果吻合良好。该方法为微纳热电薄膜材料热输运性能提供了可靠评价手段。 

  上述工作得到了国家自然科学基金重点项目(51336009)的支持,研究结果发表在《工程热物理学报》上。 

图1 Bi2Te3纳米柱状薄膜测试结构

 

2  测试结构的等效热阻网路图