稀土摻雜Mg-,2-Si基熱電材料的快速合成及其性能分析.pdf

1、熱電材料，又稱溫差電材料，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料。熱電器件具有無(wú)污染、無(wú)噪聲、易于維護(hù)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在溫差發(fā)電和熱電制冷等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景，其主要應(yīng)用于低品位熱能發(fā)電，航天、微電子及制冷等領(lǐng)域。Mg2Si具有載流子有效質(zhì)量大、遷移率高、原料豐富、價(jià)格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)，是一種應(yīng)用于500K-800K 溫度區(qū)間的優(yōu)良熱電材料。
　　 本文采用機(jī)械研磨—電場(chǎng)激活壓力輔助合成(Fie

2、ld-Activated andPressure-Assisted Synthesis,簡(jiǎn)稱FAPAS)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了Mg2Si基熱電材料的快速合成與致密化。制備了稀土(RE) Sc、Y 摻雜的Mg2Si基熱電材料，并與Sb及Sn 進(jìn)行摻雜對(duì)比。
　　 X 射線衍射分析表明，Sc、Y、Sb均能與Mg2Si 形成置換固溶體，其中Sc、Y 取代Mg，Sb 取代Si；微量摻雜元素不改變Mg2Si的主晶相，且峰形尖銳，結(jié)晶度好；三種元素在

3、Mg2Si中的固溶極限分別為2500ppm,2000ppm和5000ppm；Y的摻雜實(shí)現(xiàn)了Mg2Si0.5Sn0.5的良好固溶。
　　 SEM 斷口形貌分析表明，Y 沒(méi)有改變Mg2Si的板條層狀結(jié)構(gòu)。
　　 FAPAS 技術(shù)合成Mg2Si的Ztmax 為傳統(tǒng)熱壓法的1.42倍。摻雜不同含量的Sc、Y、Sb的功率因子均在摻雜量在固溶極限處為最佳，且明顯高于未摻雜試樣。其中摻雜2500ppmSc的試樣為未摻雜試樣的2.76倍