碲化铋（半导体材料）

碲化铋

半导体材料

碲化铋是一种灰色的粉末，分子式为Bi2Te3。碲化铋是个半导体材料，具有较好的导电性，但导热性较差。虽然碲化铋的危险性低，但是如果大量的摄取也有致命的危险但此种材料即可允许电子在室温条件下无能耗地在其表面运动，这将给芯片的运行速度带来飞跃，甚至可大大提高计算机芯片的运行速度和工作效率。

简介

美国能源部斯坦福线性加速器中心（SLAC）的国家加速器实验室与斯坦福大学材料和能源科学研究所（SIMES）科学家共同努力的结果。在2009年6月11日《科学快讯》网络版上，美国物理学家陈榆林、沈志勋等发表了对碲化铋电子特性的测试报告。

测试结果表明，该材料具有拓扑绝缘体的明显特征，可使电子在其表面自由流动，同时不损耗任何能量。

发现过程

实验人员使用SLAC斯坦福同步辐射光源和劳伦斯伯克利国家实验室先进光源发出的X光对碲化铋样品进行了测试。他们在调查其电子特性时发现，其具有拓扑绝缘子的明显特征，而且碲化铋的实际特性还优于其理论特性。实验表明，碲化铋可耐受比理论预测更高的温度，这也意味着此种材料更接近于科学家想象中的应用。

这种神奇特性可能源于那些意外地行动不畅的电子。每个电子的量子自旋要和电子的运动相对应，这就是量子自旋霍尔效应，此一调整是创建自旋电子器件的重要组成部分。研究人员解释说，当你击打一个东西时，它通常会散开，还有可能反弹回来，但量子自旋霍尔效应意味着你不能按照完全相反的路径将其反射回去。由此造成的戏剧性效果就是电子毫无阻力的流动，将一个电压加至一拓扑绝缘体上，此一特殊自旋电流就会流动，且不会造成材料的发热和消散。

使用

拓扑绝缘体不是常规的超导体，也不能用于超高效电源线，因为其只能携带很小的电流，但其为微芯片开发的范式转移铺平了道路，这将导致自旋电子学的新应用，即利用电子自旋来携带信息。而且，碲化铋在实际应用中非常易于生产和使用，这种三维材料可通过现有成熟的半导体技术进行制造，也还很容易进行掺杂，如此可相当容易地调谐其性能。

化学性

性质：周期表第V，VI族元素化合物半导体。三角晶，原胞为菱形六面体，晶格常数1.0473nm，密度7.8587g/cm3。熔点575℃。由共价键结合，有一定离子键成分。

为间接带隙半导体，室温禁带宽度0.145eV，电子和空穴迁移率分别为0.135和4.4×10-2m2/(V·s)，温差电优质系数1.6×10-3/K。采用布里奇曼法、区域熔炼法、直拉法制备。为良好的温差材料。

毒素

化学式Bi2Te3。用于半导体、电子冷冻和发电。狗、兔和鼠暴露在碲化铋粉尘中有肺部反应，体重增加，而血液中的血清和器官中的碱性磷酸霉的活性均未变化。美国规定大气中的容许浓度为10mg/m3。

安全术语

S20 When using， do not eat or drink

使用时不得进食、饮水。

S24/25 Avoid contact with skin and eyes.

避免与皮肤和眼睛接触。

碲化铋物理化学性质

熔点：585°C（lit.）

密度：7.642g/mLat25°C（lit.）

碲化铋产品用途

用于化工产业中间体

碲化铋化学品安全说明书(MSDS)

毒性分级：中毒

爆炸物危险特性：与水反应或与强氧化剂反应产生轻微爆炸

可燃性危险特性：与水或湿气反应释放有毒易燃气体；受热分解有毒碲氧化物烟雾

碲化铋储运特性：库房通风低温干燥

纳米碲化铋

Bi2Te3是室温下性能最好的一种热电材料，但其热电优值约为1，限制了其转化效率。溶剂热合成法是合成纳米Bi2Te3粉体的主要方法，具有操作简单，反应温度和反应时间易于控制、产物纯度高、能量损耗小等优点。

将合成的纳米Bi2Te3粉体压制成块体，测试其热导率、电导率，seebeck系数，综合得到具有明显取向优势的层片状多晶Bi2Te3纳米片粉体压制成的Bi2Te3块体在423K时，热电性能较好。

参考资料

1.纳米碲化铋的合成及其性能的研究·维普期刊