[发明专利]准一维纳米结构热电材料、器件及其制备方法

权利要求书

1.一种准一维纳米结构热电材料，其特征在于：该热电材料包括绝缘衬底、至少两层热电材料层和至少两层声子散射层；所述绝缘衬底的表面布满平行的周期排列的纳米沟槽，沟槽横切面呈现矩形起伏状结构；热电材料层覆盖在衬底的表面，横切面呈现矩形起伏状周期结构；声子散射层覆盖在热电材料层的表面，横切面呈现矩形起伏状周期结构；热电材料层和绝缘层以矩形起伏状周期结构交替覆盖；所述纳米沟槽的宽度和深度为5nm～200nm；所述单层热电材料层的厚度为5nm～200nm；所述单层声子散射层的厚度为1nm～100nm；沟槽深度≥单层热电材料层的厚度。

2.根据权利要求1所述的一种准一维纳米结构热电材料，其特征在于：所述热电材料层的层数为2～5000层；所述声子散射层的层数为2～5000层；所述绝缘衬底为二氧化硅、三氧化二铝、氮化铝、氧化镁、云母、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺6、聚芳香酰胺MXD6、聚苯硫醚或共聚多酰胺6-X，其中X＝6～12之间的自然数；所述热电材料层为单质热电材料或化合物热电材料；所述声子散射层为纳米颗粒层或者连续绝缘材料层。

3.根据权利要求2所述的一种准一维纳米结构热电材料，其特征在于：所述单质热电材料为Bi、Si；所述化合物热电材料为Bi₂Te₃系合金、CoSb₃系合金、SiGe系合金、BiSb系合金、PbTe系合金、Zn₄Sb₃系合金或MgSi系合金；所述纳米颗粒声子散射层为纳米金属颗粒层或纳米绝缘颗粒层，其中纳米金属颗粒层中金属颗粒之间相互不接触。

4.根据权利要求3所述的一种准一维纳米结构热电材料，其特征在于：所述纳米金属颗粒层为高熔点金属、过渡金属、半金属或类金属；所述纳米绝缘颗粒层为二氧化硅、三氧化二铝、氧化钛、氮化钛、氮化铝或氧化镁；所述纳米金属颗粒和纳米绝缘颗粒的粒度为1nm～100nm；所述连续绝缘材料层为二氧化硅、三氧化二铝、氧化钛、氮化钛、氮化铝、氧化镁。

5.根据权利要求4所述的一种准一维纳米结构热电材料，其特征在于：所述高熔点金属为钨、钼、金、钛、铌或它们的合金；所述过渡金属为镍、铁、钴、铬或它们的合金；所述半金属为铋、锑或它们的合金；所述类金属为硅、锗或它们的合金。

6.根据权利要求1所述的一种准一维纳米结构热电材料，其特征在于：所述热电材料层是p型热电材料，声子散射层是掺杂p型热电材料层，得到p型准一维纳米结构热电材料；所述热电材料层是n型热电材料，声子散射层是掺杂n型热电材料层，得到n型准一维纳米结构热电材料。

7.根据权利要求1所述的一种准一维纳米结构热电材料的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

(1)清洗衬底；

(2)带有矩形锯齿状纳米沟槽的衬底的制备：采用传统光刻技术、纳米压印技术或通过高分子膜内部发生断裂时自形成周期性条状结构的方法，将清洗过的衬底制备成带有矩形锯齿状纳米沟槽的衬底；所述矩形锯齿状纳米沟槽的宽度和深度为5nm～200nm；

(3)在带有矩形锯齿状纳米沟槽的衬底上，利用物理气相沉积方法或化学气相沉积方法沉积一层热电材料层；所述热电材料层的厚度为5nm～200nm；热电材料层的厚度≤沟槽深度；

(4)在热电材料层的上面溅射一层声子散射层，声子散射层的厚度≤热电材料层的深度；所述声子散射层为纳米颗粒层或连续绝缘材料层；所述声子散射层的厚度为1nm～100nm；声子散射层的厚度≤沟槽深度；

(5)重复操作步骤(3)和(4)，得到准一维纳米结构热电材料。