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热电材料可以实现热能和电能之间的直接相互转换,在温差发电和固态制冷方面有着重要的应用,是一种绿色环保的功能材料。热电材料的性能以一个无量纲因子ZT值来衡量,ZT=S~2σT/κ,其中S为Seebeck系数,σ为电导率,T为绝对温度,κ为热导率。ZT值越高,代表着材料的热电性能越好,能量转换效率就越高。在环境污染和能源危机日益严重的今天,研究高性能的热电材料具有重大的现实意义。硅锗（SiGe）合金是一种性能优异的高温区热电材料,高温下性能稳定,在航天器和光电等领域有着重要应用。但是,SiGe合金具有较高的热导率,这严重制约了它热电性能的提升。因此,降低SiGe合金的热导率,提高它的热电性能,对SiGe合金更广泛的应用有着重要意义。本论文以n型SiGe合金(Si80Ge20P2)为研究对象,研究了不同的制备工艺对n型SiGe合金的微观结构和热电性能的影响,并探究了不同的掺杂成分对n型SiGe合金热电性能的调控机制。具体研究内容如下:1.制备工艺对n型SiGe合金热电性能的影响。采用两种不同的工艺:球磨（Ball Milling,BM）+放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering,SPS）、球磨+高温高压合成（High Temperature and High Pressure,HTHP）,分别制备了Si80Ge20P2块体样品。从微观结构上看,SPS制备的样品结构致密,有整齐的小突起形状,高温高压样品含有明显的层状结构。从热电性能上看,BM+SPS样品具有较高的载流子浓度和迁移率,所以样品导电性较好。尽管球磨后纳米级别的晶粒有利于声子的散射,但是在SPS合成过程中,由于晶粒长大,样品的热导率仍然较高,室温下平均约为4 W/m K。BM+SPS制备的Si80Ge20P2样品,在800℃时最高ZT值为1.57。BM+HTHP方法在高压烧结过程中能有效抑制球磨后纳米晶粒的长大,形成独特的层状结构,大量的晶界增强了对声子的散射,显著地降低了Si80Ge20P2样品的热导率,使其在室温下平均约为2.5 W/m K。然而,这些层状结构在散射声子的同时,也会对载流子造成散射,使迁移率下降,所以BM+HTHP制备的Si80Ge20P2样品在热导率低的同时,也具有较低的电导率。在800℃时,BM+HTHP制备的Si80Ge20P2样品最高ZT值为1.34。2.Sn掺杂对n型SiGe合金热电性能的影响。这项工作以粉体Si、Ge、P、Sn为原料,在研钵中混合均匀后采用SPS设备进行烧结,制备了Si80Ge20P2Snx四元块体合金。研究发现,Sn的加入可以提高Si80Ge20P2样品的载流子浓度,并且有利于促进SiGe合金的形成,改善晶体质量,从而提高样品的载流子迁移率。与未掺杂Sn的Si80Ge20P2样品以及文献中报道的具有纳米结构的SiGe合金相比,Si80Ge20P2Snx样品的载流子浓度和迁移率均得到提升,因此其功率因子在整个测试温区内也得到了明显的提升。在800℃时,Si80Ge20P2Sn2样品具有最高的功率因子（～3711μW/m K~2）。Sn掺杂不仅有利于提高n型SiGe合金的导电性,也有助于降低它的热导率。由于Si、Ge和Sn之间原子半径的差异较大,掺入SiGe合金晶格中的Sn原子可以引入应力场和质量波动来增强对声子的散射。此外,SiGe合金基体中的单质Sn析出相作为第二相引入了更多的相界面,这也有助于声子的散射,降低晶格热导率。所以与未掺入Sn的Si80Ge20P2样品相比,Si80Ge20P2Snx样品的热导率得到了显著的降低。Si80Ge20P2Sn2样品的ZT（～1.26）与文献中具有纳米结构的n型SiGe合金ZT值相当,但是本研究的样品制备过程中没有采用耗时的球磨工艺,因此该研究为高效率制备高性能的SiGe合金提供了一条新的途径。3.Mo掺杂对n型SiGe合金热电性能的影响。这项工作采用BM+SPS工艺,将球磨后的纳米结构的Mo粉体混入到纳米结构的Si80Ge20P2粉体中,通过SPS烧结成型,研究了Mo对其热电性能的影响。对样品进行成分分析发现,合成后的所有样品中均含有Mo Si2相,均匀地分布在SiGe合金基体中。Mo Si2的引入在一定程度上提高了SiGe合金样品的载流子迁移率,优化了其电学性能,与未掺入Mo的Si80Ge20P2样品相比,Mo含量为0.3 vol.%和1.5 vol.%时,SiGe合金样品的功率因子在整个测试温区内得到了显著的提高。此外,适当的Mo掺杂也可以降低Si80Ge20P2样品的热导率。当Mo含量为0.3 vol.%时,与未掺杂Mo的Si80Ge20P2样品相比,掺Mo的Si80Ge20P2样品不仅实现了功率因子的提升,同时也实现了热导率的降低,此样品在800℃时的ZT值约为1.3,在测试温度范围内的平均ZT值为0.73。所以,适量的Mo掺杂可以有效地提升n型SiGe合金的平均ZT值。