陈上峰 孙乃坤† 张宪民 王凯 李武 韩艳 吴丽君‡ 岱钦

1) (沈阳理工大学理学院,沈阳 110159)

2) (东北大学材料科学与工程学院,材料各向异性与织构教育部重点实验室,沈阳 110819)

Cd3As2 具有高电子迁移率、相对较低的热导率及良好的空气稳定性,有望应用于热电领域.本文首先采用高气压烧结技术抑制As 元素挥发,合成了(Cd1—xMnx)3As2 (x=0,0.05,0.1)母合金,然后通过化学气相沉积蒸发母合金粉末在云母基底上制备了Mn3As2 掺杂的多种Cd3As2 纳米结构(高温区形成竹笋纳米线结构,低温区形成薄膜).系统研究了掺杂对相组成、元素含量、微结构及热电性能的影响.所有纳米结构的主相均为α 相,并伴有少量α′相,Mn3As2 掺杂导致样品中出现α′′相和Mn2As 杂相.电子能谱分析表明这些纳米结构中Mn 的实际原子百分比约为0.02%—0.18%.掺杂使薄膜的微观形貌从自组装菜花结构转变为贝壳结构,并使纳米线直径显著减小.与薄膜相比,竹笋纳米线结构的室温电导率提高一个数量级,达到247—320 S/cm,这归因于更好的结晶质量和竹笋之间的纳米线相互连接形成了高导电网络,导致更高的载流子浓度和迁移率.竹笋纳米线结构的最大室温功率因子为0.144 mW/(m·K2),是薄膜样品的14 倍.

1 引言

Cd3As2作为拓扑Dirac 半金属的代表材料,由于其在空气中的稳定性和高载流子迁移率(约104—106cm2/(V·s))在光电器件方面有巨大的应用前景[1-7].最近的研究表明Cd3As2同时具有优异的热电性能,有望成为热电技术的候选材料[8-11].热电材料的效率由无量纲的热电优值ZT表示,ZT=S2σTκ-1,其中S为塞贝克系数,σ为电导……