Электрохимическое формирование новых термоэлектрических материалов на основе слоистых полупроводников : отчет о научно-исследовательской работе (заключительный) / БГУ ; научный руководитель Е. А. Стрельцов

Abstract

Объектом исследования являлись пленки халькогенидов висмута, электрохимические процессы осаждения атомных слоев металлов (висмут, свинец), протекающие на поверхности халькогенидов металлов, физико-химические свойства полученных нано- и гетероструктур. Цель работы - создание электрохимических методов формирования и характеризации новых термоэлектрических материалов на основе полупроводниковых слоистых соединений висмута. Для изучения данных объектов использовался комплекс методов: циклическая вольтамперометрия, кулонометрия, хроноамперометрия, электрохимическая наногравиметрия, потенциодинамическая электрохимическая импедансная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ. В результате созданы новые химические и электрохимические методы получения новых термоэлектрических материалов на основе слоистых полупроводниковых соединений висмута. Наноструктурированные пленки теллурида висмута Bi2Te3 – важнейшего термоэлектрика - были получены электрохимическим осаждением из кислых водных растворов, содержащих в качестве прекурсоров TeO2 и Bi(NO3)3. Стехиометрия и фазовый состав пленок теллурида висмута регулируются потенциалом электрода и концентрацией прекурсоров в растворе. Методом циклической вольтамперометрии (ЦВА) исследован процесс UPD свинца на теллуриде висмута Bi2Te3 и гетероструктуры Bi2Te3/Te с разным содержанием Te. Процесс UPD происходит при потенциалах, превышающих равновесный потенциал E(Pb2+/Pb0) на 0,4–0,6 В. Осаждение адатомов на Bi2Te3 является химически обратимым, в то время как на теллуре процесс UPD частично необратим: часть теллура постепенно превращается в наноструктуры PbTe. На поверхности PbTe также реализуется процесс UPD. Ему соответствует пик катодного тока, положение которого на шкале потенциалов не совпадает с пиком на Bi2Te3. Описанный подход, использующий явление осаждения атомных слоев свинца, позволяет производить идентификацию примеси теллура в пленках теллурида висмута за счет появления дополнительного пика тока на катодной ветви ЦВА процесса UPD свинца. Разработан импедансно-спектроскопический подход к характеризации слоистых наноразмерных полупроводниковых соединений висмута при их электрохимическом модифицировании и электроосаждении. Анализ динамики частотных характеристик электрохимического отклика позволил впервые осуществить мониторинг in situ, непосредственно в ходе электрохимических реакций, изменения электрофизических характеристик пленок (по изменению величины их сопротивления), вместе с мониторингом кинетики поверхностно лимитированной электрохимической реакции, по сопротивлению межфазного переноса заряда.