《層狀鈷氧化物薄膜光誘導的橫向熱電效應研究》是依託河北大學，由王淑芳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：層狀鈷氧化物薄膜光誘導的橫向熱電效應研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王淑芳
- 依託單位：河北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
橫向熱電效應是一種溫差和電壓方向相互垂直的熱電效應，這種特殊的熱電效應通常只能在傾斜生長的結構中觀測的到。本項目擬利用脈衝雷射沉積技術在單晶基片上外延生長c軸傾斜的層狀鈷氧化物薄膜，研究（1）光吸收層對薄膜光誘導的橫向熱電效應（簡稱LITT效應）的影響；（2）摻雜、氧空位、應力、金屬納米複合對薄膜LITT效應的影響。其目標是通過薄膜結構及微結構調控來最佳化薄膜對光輻射的吸收及薄膜的電、熱輸運參量，提高LITT效應中的光-熱-電轉換效率，為研製新一代基於LITT效應設計的高靈敏寬波段光探測器提供重要指導。此外，有關熱電材料橫向熱電效應的研究不僅可以拓展熱電材料原有的套用範圍，還將有助於深入理解其常規熱電效應的微觀物理機制。
結題摘要
橫向熱電效應是一種溫差和電壓相互垂直的熱電效應。這種特殊的熱電效應源於材料塞貝克係數的各向異性，通常只能在 c軸傾斜生長的樣品中觀測的到。近年來，由光輻射提供熱源的橫向熱電效應（又稱作光誘導的橫向熱電效應，以下簡稱LITT效應）由於在非製冷寬波段光探測器中具有巨大套用前景而備受關注。 自LITT效應發現至今20多年的時間裡，幾乎所有關於LITT效應的研究都集中在樣品幾何結構參數（如樣品c軸傾斜角度、厚度等）和輻射光參數（功率或能量密度、波長等）對該效應的影響上，而極少涉及材料的電、熱輸運參量的影響，這在一定程度上阻礙了LITT效應的發展。本項目以新型層狀鈷氧化物和硒氧化物為研究對象，利用脈衝雷射沉積技術在單晶基片上外延生長了高質量的c軸傾斜薄膜樣品，詳細研究了：（1）碳納米管、黑金等光吸收層對層狀鈷氧化物和硒氧化物薄膜LITT效應的影響規律與物理機制。通過引入合適的光吸收層提高了LITT效應光-熱轉換效率，增大了其輸出電壓靈敏度；（2）元素摻雜、空位（氧空位、鉍空位和銅空位）、金屬納米複合等對層狀鈷氧化物和硒氧化物薄膜LITT效應的影響規律與物理機制。通過調控薄膜的微結構最佳化了薄膜對入射光的吸收及薄膜電、熱輸運性能，提高了LITT效應光-熱和熱-電轉換效率，獲得了高的輸出電壓。如我們用0.5mJ/mm2的紫外脈衝光輻照Pb摻雜的鉍銅硒氧薄膜，獲得的開路電壓信號的幅值高達23V，信號的回響度也僅有100ns，遠優於目前商用的熱釋電光探測器（同樣光照條件下商用熱釋電光探測器獲得的開路電壓信號幅值僅為0.4V，回響度在ms量級）。該項目研究結果為研製新一代基於LITT效應設計的非製冷高靈敏寬波段光探測器提供了重要實驗和理論指導，相關結果在Advanced Science、ACS Appl. Mater.&Interfaces、Appl. Phys. Lett.、Opt. Express等學術期刊上發表SCI收錄論文30篇，獲授權國家發明專利6項。
