Mg2Si基纳米复合热电材料的制备及性能优化研究

摘要

热电材料具有直接将热能和电能转换的功能，能够提供环保安全、安全节能的固态发电和制冷方式，具有极其广泛的应用前景。。Mg2Si基热电材料具有载流子有效质量大、迁移率高、晶格热导率低、原料丰富、环境友好等特点，是一种应用于中温区域的优良热电材料。近十几年来大量的理论研究表明，低维热电材料可显著提高热电性能，纳米结构有望大幅度提高Mg2Si基热电材料的热电性能。
　　 本文采用反应法+电场激活压力辅助合成(Field-Activated andPressure-Assisted Synthesis，简称FAPAS)技术，制备了碳纳米管、纳米SiO2和纳米La2O3掺杂的Mg2Si基纳米复合热电材料，研究了三种纳米添加物对热电性能的影响，同时对使纳米添加物更均匀的分布在Mg2Si基体中进行了工艺改进。
　　 研究结果表明，碳纳米管在低掺量的条件下能提高复合材料的电导率，掺杂0.3wt％MWCNTs的试样表现了最好的电性能，其功率因子在427K时最高，达到了1.09×10-3Wm-1k-2，相对于未掺杂试样的1.01×10-3Wm-1k-2有了一定的提高。纳米SiO2、La2O3的掺杂同时增强了Seebeck值。纳米级SiO2的掺杂成功的降低了热导率，使得复合材料的热导率大大降低，进而提升了整体热电性能，复合热电材料1 wt％SiO2/Mg2Si0.8Sn0.2在573K时ZT=0.25。