大尺寸Bi0.5Sb1.5Te3/环氧树脂柔性热电薄膜的制备与性能优化

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基于Peltier效应的柔性热电薄膜器件由于具有体积小、无需制冷剂,响应速度快,热量在面内进行传输等优点,从而有望实现微型器件的散热制冷。本文利用丝网印刷和热压固化技术制备了大尺寸Bio.5Sb1.5Te3/环氧树脂柔性热电薄膜。对大尺寸柔性热电薄膜的热压温度进行了探索,研究了热压温度对薄膜的物相组成、显微结构和电输运性能的影响,并通过优化浆料组分提高了薄膜的电输运性能。研究表明,随着热压温度的升高,薄膜沿着(000l)面的取向性逐渐增大,薄膜材料的电导率随着热压温度的升高而增大。在热压温度为573 K时,薄膜的电导率达到最大值7.63 ×103S·m-1,对应的最大功率因子为0.53 mW·K-2m-1。这种丝网印刷和热压固化技术的一个优点是能够实现大尺寸柔性热电薄膜的均匀制备。研究表明,随着Bio.5Sb1.5Te3粉末用量的增加,薄膜的电导率呈先增加后减小的趋势。在粉末和环氧体系的质量比x=8时,薄膜的电导率达到最大值1.65×104S·m-1,相应的最大功率因子为1.12 mW·K-2·m-1,相比于未优化的薄膜样品,电导率和功率因子分别提升了约36%和40%。对热电薄膜进行了柔性测试,结果表明:当薄膜的弯曲半径从80 mm逐渐减小到20 mm时,薄膜的内阻几乎不变。当弯曲半径为20 mm时,薄膜的弯曲次数小于3000次时,薄膜内阻变化率均小于5%,说明薄膜保持了较好的柔性。研究表明,随着促进剂用量的增加,薄膜的电导率呈先增加后降低的趋势,并在促进剂与环氧树脂的质量比值y=0.2时,电导率达到最大值2.12×104 S·m-1,相应的功率因子为1.33 mW·K-2.m-1,分别较未优化的样品提升了 75%和60%。为了进一步优化薄膜的电输运性能,从而推进薄膜在散热制冷领域的应用。下一步的工作计划是通过进一步优化热压压力和热压时间来进一步优化大尺寸柔性热电薄膜的性能。
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