高鹏飞,欧正海,秦 娟,史伟民,王林军

(上海大学材料科学与工程学院,上海200444)

由于热电材料能够直接且可逆地将热能转化为电能,因此高性能热电材料越来越受到各国政府和研究机构的重视.热电材料的转化效率由热电优值ZT=S2σTκ−1来衡量(其中S为Seebeck系数;σ为电导率;κ为热导率;T为绝对温度).功率因子PF=S2σ常被用来描述薄膜的热电性能[1].在对传统热电材料的研究中,按照工作温度可将其分为3个系列:①用于冷温区制冷的以Bi-Te[2-4]系列为代表的低温(300～500 K)热电材料;②用于温差发电的以Pb-Te[5-6]系列为代表的中温(500～900 K)热电材料;③用于温差发电的以Si-Ge[7-8]系列为代表的高温区(＞900 K)热电材料.其中,作为中温材料的β-Zn4Sb3因其环境友好、成本低廉、性能优良的特点受到更多的关注.β-Zn4Sb3有复杂的菱形六面体晶体结构,为空间群,其晶格常数a=1.223 1×10−9m,c=1.242 8×10−9m[9-10].β-Zn4Sb3复杂的晶体结构中含有位置无序且弥散分布的间隙锌原子,这导致了其具有极低的热导率,从而具有较好的热电性能.近年来,围绕Zn-Sb基热电材料的掺杂及成分优化亦有大量研究,热电优值ZT早已达到1.0以上[11].

电子束辐照是一种能够用于提升材料结晶度或使材料改性的方法.高能电子束在辅助原子重排时的能量耗散被认为可能是电子束辐照处理能诱导结晶的原因[12-14].Takashiri等[15]利用电子束辐照改善了n型铋硒碲薄膜的热电性能和结晶度,随后又采用二步法处理(即先对薄膜进行电子束辐照处理,再进行热退火处理)进一步提高了具有高晶体取向和纳米尺寸晶粒……