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铋纳米线的取向控制生长和热学性能研究

引言：

随着纳米技术的发展，铋纳米线因其生长简单，独特的热学性质和

量子尺寸效应而受到广泛关注。众所周知，铋纳米线的热电性能优异

（十倍于铋的热电系数），并且由于其小直径，表面积较大，具有较强

的表面效应。在众多应用中，铋纳米线可应用于温度测量、热电转换、

电化学传感器等。因此，控制铋纳米线的取向和形态是必不可少的。本

文主要探讨铋纳米线取向控制生长和热学性能的研究。

铋纳米线的取向生长

铋纳米线的制备方法多种多样，如电化学沉积、热蒸发和化学气相

沉积法等。其中，热蒸发是制备铋纳米线的常用方法之一。在此方法中，

通过在高温下使铋挥发，将其沉积在被覆有镀铝膜或亚麻子纸膜的铜网

上，以铜网为模板对铋进行热蒸发，即可得到高密度的铋纳米线，通过

调整热处理过程中的控制条件，可以有效地控制铋纳米线的取向生长。

在一般情况下，铋纳米线沿（001）方向生长，并呈现出纵向排列的

形态。而随着生长条件的改变，铋纳米线的生长方向也会发生变化。例

如，在增加固/气(ph)/总(ph)流量比的条件下，可以得到沿竖直方向生长

的铋纳米线；当增加衬底温度时，可以得到弯曲和自组装的铋纳米线。

由于铋纳米线的热学性质与其取向生长有关，因此在铋纳米线取向

控制方面的研究对于其应用具有重要的意义。

铋纳米线的热学性能

铋纳米线的热学性能具有很高的潜力。由于纳米尺寸和表面效应的

影响，铋纳米线比其大尺寸形式（例如铋薄膜）表现出更好的热电性能，

其热导率低于体块材料，而热电系数则较高。同时，铋纳米线具有良好

的高温稳定性，这使得其在高温环境下应用更加广泛，例如用于高温热

电转换。

铋纳米线制成的热电器件被广泛应用于能量收集和测温等领域，这

在物联网和可穿戴设备中具有重要的应用价值。根据实验结果，电极距

离由50微米到2微米的铋纳米线的电阻率随距离减小而渐渐增加。这是

由于此时铋纳米线表面粗短和形状随之变化。同时，热电转换器件所需

电极距离通常在10-50微米之间，因此，在制备铋纳米线热电转换器件

时，应通过控制取向和纳米线间距来优化其性能，从而更好地应用于实

际生产中。

结论

因此，本文就铋纳米线的取向控制和热学性能的研究进行了探讨。

总体来说，铋纳米线的热学性能受纳米线的直径、长度和取向影响；通

过控制铋纳米线的生长条件，例如气体流量比和衬底温度，可以实现其

在空间位置、尺寸和形状方面的调节。因此，在以后的工作中，进一步

研究铋纳米线取向控制和优化其性能，可以在热电领域的深度应用中得

到普及。