微波低温制备Mg2Si0．4Sn0．6-yBiy热电材料的传输机理

摘要

德拜弛豫理论表明,在频率为2.45 GHz的外加交变电磁场的作用下,微波对极性分子的极化过程约为10^(-10)s,因此利用微波固相反应可以在短时低温条件下制备出纳米粉体材料.本文以MgH_2代替Mg粉,利用微波固相反应在低温下制备了Mg_2Si_(0.4)Sn_(0.6-y)Bi_y(0≤y≤0.03)固溶体,并结合单带抛物线计算模型对其热电传输机理进行了分析.研究结果表明:利用该工艺可以有效抑制Mg的挥发和MgO的生成,在400?C保温15 min即可完成MgH_2与Si粉和Sn粉的固相反应,获得片层间距为100 nm的超细化学计量比产物;杂质Bi的引入可以有效增加载流子浓度,并引起晶格畸变,在晶格畸变和样品特有的纳米片层结构的协同作用下,声子得到有效散射,样品具有最低的热导率1.36 W·m^(-1)·K^(-1).较低的有效掺杂率和复杂的能带结构具有降低能带态密度有效质量和减小载流子弛豫时间的双刃效应,使得本征激发提前,在600 K样品取得最大ZT值为0.66.