Te和Y共掺杂提高n-Mg3.2Sb1.5Bi0.5热电性能的研究

Mg3Sb2材料是优秀的中温区热电材料,具有极低的热导率,然而其载流子浓度偏低.通过机械合金化法结合放电等离子烧结(SPS)技术制备n型 Mg3.2Y0.05Sb1.5Bi0.5Teδ样品,并研究了其热电传输性能.结果表明阴离子位掺杂元素 Te可以进一步提高阳离子位掺杂的Mg3.2Y0.05Sb1.5Bi0.5材料的载流子浓度.载流子浓度从5.02×1019 cm-3增加到9.76×1019 cm-3,接近理论预测的最佳值,同时功率因子也从10.89 μW·K-2·cm-1提高到 15 μW·K-2·cm-1.此外,Te元素进入晶格后,材料的晶格热导率也有大幅的降低,从0.92 W·m-1·K-1降低到0.68 W·m-1·K-1.载流子浓度最高的样品在750 K 时zT 峰值可达1.6,在300～750 K 温度范围内的平均zT值可达1.0.本工作证明阳离子和阴离子位共同掺杂对 Mg3Sb1.5Bi0.5载流子浓度提高的效果优于单阳离子或单阴离子位掺杂,该掺杂方法有望应用到其它的热电材料性能的优化中.