稀土镧对DMSO有机溶剂体系电沉积铋−碲热电薄膜的影响

李菲晖，苟勇华，巩运兰，高镜涵

（天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134）

Bi2Te3及其掺杂化合物被认为是目前室温范围内热电性能最佳的热电材料。国内外对Bi–Te薄膜热电材料的制备展开了大量研究，但纵观近年来电沉积制备Bi2Te3基薄膜热电材料的研究，基本上都是采用水溶液体系[1-6]。由于制备Bi2Te3基多元薄膜热电材料所需离子在水溶液体系中的沉积电位差比较大，这从根本上加大了共沉积获得Bi2Te3及其掺杂化合物的难度，导致在低过电位下不足以实现所有离子的共沉积，而在高过电位下又会出现严重的浓差极化，影响薄膜外观和形貌。考虑到溶剂的溶剂化作用及其对离子电极电位的影响，通过更换溶剂(即电沉积体系)也许会带来意想不到的结果。目前已有很多在水溶液体系中无法制备或者制备效果不理想的薄膜，在改用非水体系后获得了较好的结果[7]。少数研究者也采用非水溶液体系来电沉积Bi2Te3基纳米晶薄膜及纳米线热电材料[8-10]。本课题组前期在这方面已展开了实验研究，尝试在二甲基亚砜(DMSO)非水溶剂中电沉积Bi2Te3基热电薄膜，并取得了一些成果[11-13]。少量稀土元素(如Er、Tm和Yb)的掺杂可以提高热电薄膜的综合性能和热电转换效率[14-15]，因此稀土元素掺杂也不失为寻求其性能突破的途径之一。

本文采用恒电位电沉积法在DMSO非水溶剂体系中制备稀土镧(La)掺杂的Bi–Te薄膜热电材料，并研究了电沉积电位对薄膜组成、结构、形貌等的影响。

1 实验

1.1 基体预处理

基材是纯度为99.9%的镍片，尺寸为1.0 c m × 10.0 cm × 0.1 mm，沉积区的面积为1.0 cm × 0.5 cm，其余部位采用绝缘胶带封装。……