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热电材料是用来实现热能和电能直接相互转换的一种功能材料,热电材料制成的热电器件可用来实现温差发电和制冷,具有环境污染低、噪声小、质量轻、占用空间小和安全性高等优点,因此对于热电材料的开发研究与实际应用具有广阔前途。Mg2Si1-xSnx基热电材料是一类重要的中温(400~900K)热电材料,具有原料蕴藏丰富,价格低廉,组成元素无毒和比重小等优点,但由于Mg的蒸发和氧化等问题,在制备过程中难以精确控制产物计量比,进而影响其热电性能的进一步提高。 本文针对n型Mg2Si1-xSnx基固溶体研究存在的上述问题,以MgH2为原料,采用微波加热合成技术,结合电场激活压力辅助合成法(FAPAS)实现了Mg2Si1-xSnx基热电材料的固溶与致密化。论文从理论方面初步探索微波加热特性及发热机理,研究了微波对Mg2Si1-xSnx基热电材料的合成过程、产物物相结构、以及Bi掺杂对其热电性能的影响,得到如下主要结论: (1)微波可以快速完成MgH2粉、Si粉和Sn粉之间的固相反应,获得单一物相的纯净产物,且随着微波功率功率增大,Mg2Si反应速度加快,但对产物Mg2Si的粒度和纯度没有影响。 (2)随着Sn含量的增加,Mg2Si1-xSnx固溶体的电导率不断提高,Seebeck系数的绝对值逐渐减小,热导率由纯Mg2Si和Mg2Sn的4~6 Wm-1K-1最低降低到1~2 Wm-1K-1,在480K时Mg2Si0.4Sn0.6样品获得最佳ZT值0.2。 (3) Bi的掺入显著增加了电子浓度、优化了Seebeck系数,有效的提高了功率因子;同时Bi的掺入显著增加了晶格的乱序程度和点缺陷的密度,使晶格热导率降低;在700K,y=0.03的Mg2Si0.4Sn0.6-yBiy(0≤y≤0.04)固溶体样品获得了最大ZT值为0.68。