一步合成法制備鎂硅基熱電材料及其熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是一種能夠利用材料內(nèi)部載流子運動將電能和熱能直接轉(zhuǎn)換的新型功能材料，具有質(zhì)量輕、壽命長、體積小、清潔環(huán)保等許多優(yōu)點，在汽車尾氣回收和工業(yè)余熱、廢熱的再利用方面得到了初步的推廣。熱電材料的種類多種多樣，其中鎂硅基熱電材料以其原料豐富、無毒、安全可靠的特點得到了人們的廣泛關(guān)注。
　　本文主要針對傳統(tǒng)制備方法制備鎂硅基熱電材料過程中容易造成Mg的揮發(fā)和氧化等問題，設計了以MgH2代替Mg，并結(jié)合電場激活壓力輔助合成（Field-

2、Activated and Pressure-Assisted Synthesis，簡稱FAPAS）技術(shù)實現(xiàn)了Bi摻雜的Mg2Si和Mg2Si1-xSnx(0.3≤x≤0.5)鎂硅基熱電材料的快速燒結(jié)成型（一步合成法），并對其熱電性能和熱穩(wěn)定性進行了表征。該方法工藝簡便，制備時間短，樣品具有納米片層結(jié)構(gòu)，且純凈致密。主要研究結(jié)果總結(jié)如下:
　　以MgH2粉、Si粉和Bi粉為原料，運用一步合成法制備出不同配比且不同Bi含量的Mg2S

3、i塊體材料，實驗結(jié)果表明，改變MgH2與Si配比和Bi含量對材料的熱導率和電導率均有一定的影響。當MgH2與Si配比為1.95∶1且摻入1at.％-Bi時，所得Mg2Si樣品在775K獲得最佳ZT值，ZTmax=0.77。
　　以MgH2粉、Si粉、Sn粉和Bi粉為原料，運用一步合成法制備出不同Bi含量的Mg2Si1-xSnx基熱電材料，實驗結(jié)果表明，當x=0.4時，Mg2Si1-xSnx熱電材料的性能達到最佳，同時在此基礎上通過

4、摻入不同含量的Bi進一步提高材料的熱電性能。當溫度為770K時，Mg2Si0.6Sn0.4Bi0.01的樣品獲得了最大ZT值，為1.29。將制備的樣品進行自然時效處理和退火處理。自然時效處理后的Mg2Si0.6Sn0.4Bi0.02的樣品在整個測溫區(qū)間的性能為最佳，當溫度在775K時ZTmax=1.29。退火處理的樣品ZT值在700K之后上升趨勢都趨于平緩，且三者ZT值較為接近，說明熱電性能趨于穩(wěn)定。當溫度在775K時，Mg2Si0.6