半导体金属硅化物热电材料Mg₂Si以其组成元素在地壳中含量丰富,且对环境无毒无污染,近十年来受到了人们的广泛关注。已有的研究表明,Mg₂Si_1-xGe_x固溶体优于纯化合物Mg₂Si的热电性能,通过掺杂合适的元素,该体系是非常有潜力的中温域热电材料。 本文运用基于第一性原理的量子化学计算方法对Mg₂Si_1-xGe_x（x=0,0.2）体系的电子结构进行了计算,从微观结构的层次上对热电性能相应于结构的变化做出了理论解释。能带结构的计算表明,Mg₂Si_1-xGe_x（x=0,0.2）都是轻电子、重空穴的体系,因此宏观上该体系表现为n型传导。计算同时表明,由于Ge的固溶,Mg₂Si_0.8Ge_0.2的禁带宽度变小,其电导率更高,并且由于声子散射的加强,与Mg₂Si相比具有更低的热导率。 应用DTA、XRD、SEM等测试手段探索了固相反应制备Mg₂Si_1-xGe_x（x=0,0.2,0.4,1）的工艺制度。结果表明:通过低温固相反应可以在750-823K的温度区间保温8h获得不同组分的以Ge、Si有微量固溶的Mg₂Si（Ge）和Mg₂Ge（Si）的Mg₂Si_1-xGe_x粉末。将上述粉末在1073K均匀化热处理16h,可以得到固溶程度较好的Mg₂Si_1-xGe_x固溶体粉末。选择Ag和Sb、Te作为p型和n型掺杂元素,通过两步固相反应合成了p型和n型掺杂的Mg₂Si_0.8Ge_0.2粉末。采用SPS对Mg₂Si和Mg₂Si_0.8Ge_0.2以及掺杂的Mg₂Si_0.8Ge_0.2粉末在1173K的温度下进行了烧结,获得结构致密的块体热电材料。 在350-823K的温度区间,Mg₂Si_0.8Ge_0.2的ZT值始终高于Mg₂Si,其（ZT）_max分别为0.207（577K）和0.14（640K）。实验结果证实了Ge的固溶对于提高材料的热电性能起到了非常重要的作用,并且与理论计算的结果相吻合。Ag掺杂后获得了p-Mg₂Si_0.8Ge_0.2热电材料,其主要载流子由电子转变为空穴。Ag的掺杂浓度为20000ppm的试样,其最大功率因子为6.1×10⁴W/mK²（811K）。对于Sb、Te掺杂的n-Mg₂Si_0.8Ge_0.2试样,随着掺杂元素浓度的增加,其热电性能也随之提高,且Sb掺杂的试样的性能明显优于Te掺杂的试样。掺入5000ppm Sb的试样,其功率因子达到了1.65×10³W/mK²（620K）,掺入4000ppm Te的试样其功率因子为1.4×10^-3W/mK²（520K）。