Small Methods: 电场诱导各向异性调控实现高性能的n型Bi2Te2.7Se0.3柔性热电薄膜

小型化的集成电子产品譬如可穿戴和医疗植入器件正在蓬勃发展。由于柔性热电材料和器件能够一致地将热量直接转换成电能,而受到越来越多的关注。无机柔性热电薄膜因具有高能量转换效率,大功率输出和在相对高温下的稳定性等优点,而备受关注。Bi2Te3基热电薄膜因其具有最优的室温热电优值一直是热电研究的热点。然而其薄膜各向异性的精准调控是研究的难点。

为了解决上述问题,澳大利亚南昆士兰大学陈志刚教授课题组,河南农业大学谭明教授课题组和北京航空航天大学的邓元教授课题组合作,以n型Bi2Te2.7Se0.3薄膜为切入点,通过在热挥发沉积法合成中引入和调节外加电场,实现了Bi2Te2.7Se0.3薄膜各向异性的精准调控。研究发现在没有外加电场情况下沉积的Bi2Te2.7Se0.3薄膜两个面内方向不具有各向异性;而随着外加电场的增强,Bi2Te2.7Se0.3薄膜表面(0 1 5)晶面和侧面的(0 1 11)晶面之间的晶面夹角变小,面内沿电场方向和垂直电场方向发生的各向异性得到强化,进而实现在维持沿电场方向低晶格热导的同时,因相应的能量过滤效应强化载流子迁移率的各向异性。这种晶格热导和载流子迁移率的各向异性调制实现了n型Bi2Te2.7Se0.3薄膜具有极高室温热电优值1.6。这项研究开辟了电场诱导调控高性能柔性热电薄膜的新方向。