ZnO納米薄膜的熱磁電協同輸運效應及機理研究

《ZnO納米薄膜的熱磁電協同輸運效應及機理研究》是依託重慶大學，由方亮擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：ZnO納米薄膜的熱磁電協同輸運效應及機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：方亮
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

近年來發現ZnO陶瓷塊材具有較強的熱電效應，可望作為高溫熱電材料，但ZnO薄膜的熱電效應及磁場下的熱電效應尚鮮見報導。前期研究中，我們發現：磁場作用下，Ga摻雜n型ZnO薄膜的磁熱電性能表現出與Al、In摻雜不同的變化規律，目前未見國內外有相關報導。為此，本項目擬針對這種異常現象，研究ZnO納米薄膜在熱磁電協同作用下的輸運特性。實驗上研究納米多晶薄膜的微觀結構、電學、熱電、磁熱電性能與摻雜種類、摻雜量、膜厚、晶粒大小、載流子濃度、溫度、磁場等因素之間的關係；理論上研究摻雜原子、溫度場、磁場、晶界、缺陷、表面散射對兩種薄膜的載流子和聲子輸運過程的影響規律，討論尺寸效應、量子限域效應、聲子拖曳、磁場對熱電性能和磁熱電性能的作用, 以期獲得薄膜熱電、磁熱電性能、微觀結構、製備條件之間的內在聯繫，為製備高熱電性能的ZnO納米薄膜提供基礎數據。

結題摘要

近年來發現ZnO陶瓷塊材具有較強的熱電性能，可望作為高溫熱電材料，但薄膜和納米結構ZnO的熱電性能及磁場下的熱電性能研究較少，特別是我們的前期研究發現：磁場作用下，Ga摻雜n型ZnO薄膜的磁熱電性能表現出與Al、In摻雜相反的變化規律，目前未見國內外有相關報導。為此，本項目擬針對這種異常現象，較系統地研究了ZnO納米薄膜在熱磁電協同作用下的輸運特性。實驗上，項目先後製備了Al、In、Ga、Mn摻雜的四種n型ZnO薄膜，及N摻雜、In-N、Mn-N共摻的三種p型ZnO薄膜，並研究了它們的微觀結構、光電、熱電、磁熱電、稀磁等方面的性能與摻雜元素種類、摻雜量、膜厚、溫度、磁場等因素之間的內在關係；理論上研究了溫度場、磁場、晶界、表面散射對ZnO薄膜的載流子和聲子輸運過程的影響規律，找到了導致不同元素摻雜的ZnO薄膜在磁場作用下熱電效應表現出不同變化規律的內在原因，圓滿地解釋了ZnO薄膜中磁熱電中的異常現象，目前尚未見國內外有相似的理論分析結果。此外，項目還探索了ZnO薄膜的n-p轉換機制及p型穩定性問題。本項目獲得的結果對製備高熱電性能的ZnO薄膜提供了基礎數據，並對製備高穩定p型ZnO薄膜及利用磁場提高其它熱電材料的性能有借鑑意義。3 年來，項目組共撰寫學術論文26篇，其中正式發表的期刊論文24篇，會議論文1篇，已錄用1篇。已發表論文中，SCI收錄19篇，EI收錄1篇，CSCD收錄3篇，其它2篇。培養研究生7名。圓滿完成了項目的任務。