硅化物热电材料的合成与物性

【摘要】热电材料是以能直接实现电能与热能的互相转换的而出名的功能材料，本文采用高能球磨-感应热压制备SiGe合金，通过感应烧结、热压制备了Mg2Si1-xSnx基烧结样品及热压样品。制备了Ga、Sb掺杂的SiGe合金，Sb单掺和La、Bi双掺的Mg2Si1-xSnx基化合物。性能测试表明Ga掺杂SiGe合金热电材料是P型传导，而Sb掺杂SiGe合金则是N型传导。P型传导的Ga掺杂SiGe合金有较好的热电性能，在805℃时，Si80Ge18Ga2样品的无量纲热电优值（ZT）达0.51。但是Ga的掺杂量不易控制，若能做到精确控制掺杂量或许将有助于提高其热电性能。Sb掺杂的SiGe合金，虽然热电性能较之掺P过低，但其提升空间较大，实验所得Si80Ge17Sb3在708℃时拥有最大ZT值0.51。两者的球磨粉末粒径都随着球磨时间的增大而减小。X射线衍射分析表明，Sb、Bi、La均能与Mg2Si1-xSnx合金形成置换固溶体，其中单掺Sb时，Mg2Si0.6Sn0.3927Sb0.0075烧结样品热电性能最好，在412℃时ZT=0.827，但其热压样品性能欠佳。物相分析看来，可能是样品中残留的Si、Sn所导致，Mg2Si0.7Sn0.2927Sb0.0075样品在其他样品退火后性能明显下降时反而稍有上升。Mg2Si0.5Sn0.4927Sb0.0075热压样品在609℃时ZT达到1.374。La、Bi双掺的Mg2Si1-xSnx基热电材料在物相上看来所有烧结样品皆为多相并存状态，热压样品仅La0.005Mg1.995Si0.6Sn0.39Bi0.01完全固溶，但就其性能看来单相或者多相并无很大区别。双掺杂的烧结样品，虽其电导率一如所期望的较单掺样品高，但热导率却比单掺样品低，热电性能尚在优异范畴内，所制得的La0.01Mg1.99Si0.4Sn0.59Bi0.01样品在410℃时，ZT值约为1.05。热压样品的热导率一如期望的低，La0.005Mg1.995Si0.4Sn0.59Bi0.01样品在室温时的热导率为1.30Wm-1K-1，其在209℃时约为1.17Wm-1K-1。但其电导率却较烧结样品小很多，热电性能也比烧结样品差，最佳热电性能的试样La0.005Mg1.995Si0.4Sn0.59Bi0.01在409℃时的ZT值约为0.79。
【作者】林珊珊；
【导师】霍德璇；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】热电材料；SiyGe1-y；Mg2Si1-xSnx；稀土元素；热电性能；

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