一步合成法制备Mg_2Si_(1-x)Sn_xBi_y热电材料及其性能表征

基于重带轻带收敛简并和合金散射,通过调整掺杂可以使Mg2Si1-xSnx材料在增加态密度的同时保证载流子迁移率不下降,进而获得较高的热电性能。以氢化镁代替单质镁粉,以重金属Bi作为施主原子,采用一步合成工艺制备出高纯度n型Mg2Si1-xSnxBiy基半导体热电材料;通过改变反应物的配比,研究了Si/Sn比和Bi的含量对Mg2Si1-xSnxBiy热电材料能带结构和热电性能的影响。结果表明,本热电材料断口呈现多晶板条层状结构,层与层之间的平均间距小于200nm;Sn含量的增加有利于通过增加晶格畸变降低晶格热导;适量的Bi则可通过施主掺杂有效提高其电性能,最终提高其综合热电优值;当温度为775 K时,Mg2Si0.6Sn0.4Bi0.01的热电优值达到1.29。本合成法工艺简单,产物成分易于控制,可成功制备出纯净的纳米复合Mg2Si1-xSnxBiy热电材料。