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驗方案無法適用。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)，實驗獲得的Bi2Te3納米柱狀薄膜的熱導(dǎo)率和熱擴散率分別為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性能提供了可靠評價手段。