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热电器件微型化对组成热电元件的界面性能提出了更高要求, 获得低的界面接触电阻率和高的界面结合强度的异质结合界面, 是成功制备高性能、高可靠性Bi2Te3基微型热电器件的前提条件. 本研究采用酸洗方法对Bi0.4Sb1.6Te3材料进行表面修饰, 实现了Bi0.4Sb1.6Te3/Ni热电元件界面性能的协同优化. 酸洗过程有效调控了Bi0.4Sb1.6Te3材料的表面功函数, 显著降低了Ni层与Bi0.4Sb1.6Te3材料间的接触势垒, 从未酸洗处理的0.22 eV降至0.02 eV, 势垒的降低使界面接触电阻率从未酸洗处理的14.2 μΩ·cm2大幅降至0.22 μΩ·cm2. 此外, 酸洗过程还能有效调控基体表面粗糙度, 在基体表面形成2—5 μm的V型凹坑, 产生钉扎效应, 极大地增强了材料表面与Ni层的物理结合, 与约50 nm厚Ni/Bi0.4Sb1.6Te3界面扩散反应区形成的冶金结合共同作用, 使界面结合强度从未酸洗处理的7.14 MPa大幅增至22.34 MPa. 这种优异的界面性能在微型热电器件中得到了进一步证实, 采用该工艺处理后热电元件制备的4.7 × 4.9 mm2微型热电器件, 在热面温度300 K下的最大制冷温差达到56.5 K, 在10 K温差下最大输出功率达到882 μW. 该研究为实现界面性能的协同优化提供了一种新策略, 并为微型热电器件的性能优化开辟了新途径.
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《表面修饰工程协同优化Bi2Te3基微型热电器件的界面性能》
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文件号：296604
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