將熱電材料制作成納米柱狀薄膜結(jié)構(gòu)是一種理論上能有效降低熱導(dǎo)率、大幅提升熱電優(yōu)值的操控手段。但隨之而來的問題是納米柱狀薄膜熱導(dǎo)率的精確獲取困難，由于Bi2Te3取向納米柱狀薄膜是由直徑為微米量級的納米柱陣列組成的多孔結(jié)構(gòu)，其表面粗糙度較大，因此在表面上直接沉積百納米厚的微型金屬探測器的實(shí)驗(yàn)方案無法適用。常規(guī)的熱物性測試手段已無法適用于該類表面多孔、厚度為微米量級結(jié)構(gòu)熱輸運(yùn)特性的表征。
近日，中國科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心在多年從事微納尺度熱物性測量的基礎(chǔ)上，發(fā)展了基于諧波探測的3ω方法，實(shí)現(xiàn)了Bi2Te3取向納米柱狀微納復(fù)合薄膜熱導(dǎo)率的測試。
課題組提出一種新型的3ω法測試結(jié)構(gòu)：在玻璃基底上直接沉積3ω法的四電極微型鎳傳感器，然后在其上沉積絕緣層，最后生長Bi2Te3取向納米柱狀薄膜。各層材料的布置及厚度，其中微型鎳傳感器的形狀。通過此新型測試結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)獲得的Bi2Te3納米柱狀薄膜的熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率分別為1.0 W/(m·K) 和1.26×10-6 m2/s，與文獻(xiàn)預(yù)測結(jié)果吻合良好。該方法為微納熱電薄膜材料熱輸運(yùn)性能提供了可靠評價手段。