Mg2Sn基熱電材料的制備及其性能優(yōu)化.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能之間直接轉(zhuǎn)換的功能材料，理想的熱電材料不僅應(yīng)有較高的熱電優(yōu)值ZT值，還應(yīng)環(huán)境友好和成本低廉。Mg2Sn基熱電材料因組成元素?zé)o毒、來源豐富及其獨(dú)特的物理性質(zhì)，是公認(rèn)的中溫域(400-800K)優(yōu)秀的新型半導(dǎo)體熱電材料。
　　 本論文針對Mg2(Si，Sn)基和Mg2(Ge，Sn)基熱電材料的特點(diǎn)，系統(tǒng)研究了等化學(xué)計(jì)量制備、相結(jié)構(gòu)及n型和p型摻雜優(yōu)化，主要取得如下成果：
　　 通過經(jīng)濟(jì)簡單的B

2、2O3助熔劑法制備Mg2Si0.4Sn0.6熱電材料，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適量的Mg過量有助于獲得單相材料，其中Mg過量為4％的單相試樣顯示了最低的熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率。
　　 B2O3助熔劑法制備得到不同Si/Sn比Mg2Si1-xSnx實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，其室溫固溶間隙為0.2≤Sn≤0.45，不同于早期文獻(xiàn)報(bào)道，這與材料制備方法和Mg過量都有關(guān)系。Mg2Si1-xSnx基熱電材料在固溶間隙的邊界處取得較好的熱電性能，其中Mg2Si0.5

3、5Sn0.45獲得此體系中的最低晶格熱導(dǎo)率1.4W·m-1·K-1。
　　 鉭管封裝法可重復(fù)制備系列Mg2Ge1-xSnx單相材料，表明Mg2Ge1-xSnx體系不存在固溶間隙。Mg2Ge0.4Sn0.6的Seebeck系數(shù)易于在高溫區(qū)由n型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型說明其適合進(jìn)行p型摻雜改性；Mg2Ge0.5Sn0.5具有最低的晶格熱導(dǎo)率2.0W·m-1·K-1。
　　 B2O3助熔劑法制備的Mg2Si0.55-xSn0.45Sbx和

4、Mg2Si0.6Sn0.4-xInx基熱電材料均是n型傳導(dǎo)。Sb摻雜試樣熱導(dǎo)率雖有所增加，但電學(xué)性能得到很大提高，所有摻雜試樣的熱電優(yōu)值ZT值均有明顯提高，在高溫區(qū)達(dá)到最大值ZTmax=0.6。重復(fù)測試和退火試樣電導(dǎo)率都降低，說明試樣在測試和退火過程中可能存在Mg揮發(fā)，但退火試樣Seebeck系數(shù)的提升使ZT值略有上升。與Sb摻雜試樣不同，In摻雜試樣熱導(dǎo)率下降，電導(dǎo)率隨摻雜量的增加而逐漸降低。
　　 鉭管封裝法制備得到的Ag摻