【摘 要】
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随着化石能源的减少和工业污染的加剧,急需有效的能源转换材料解决问题。热电材料是一种优异的能源转换材料,具有无污染和无机械运动等特点,可以直接将热能转换成电能。合金热电材料具有较高的热电性能,一直受到科学家们的广泛关注。在合金热电材料中,Mg2Si组成元素的储量丰富,价格低廉,无毒和环境友好等优点成为有力的候补。Mg2Si热电材料制备时间长,制备工艺繁琐,电导率较低和热导率高一直制约其发展。因此,设
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随着化石能源的减少和工业污染的加剧,急需有效的能源转换材料解决问题。热电材料是一种优异的能源转换材料,具有无污染和无机械运动等特点,可以直接将热能转换成电能。合金热电材料具有较高的热电性能,一直受到科学家们的广泛关注。在合金热电材料中,Mg2Si组成元素的储量丰富,价格低廉,无毒和环境友好等优点成为有力的候补。Mg2Si热电材料制备时间长,制备工艺繁琐,电导率较低和热导率高一直制约其发展。因此,设计高效的Mg2Si热电材料制备工艺,获得热电性能高的Mg2Si至关重要。本论文采用反应速度快、工艺简单的自蔓延高温合成法（SHS）和热爆合成法（TE）对Mg2Si进行制备工艺优化,并通过Bi元素掺杂提高载流子浓度,提升电导率和降低热导率,从而获得高热电性能。自蔓延高温合成法和热爆合成法制备Mg2（1+x）Si（0≤x≤0.04）粉体,并利用真空热压烧结制备Mg2（1+x）Si（0≤x≤0.04）块体,探索合适的Mg过量比例和高效的制备工艺。经过对其电性能的测试发现,自蔓延高温合成法制备的Mg2.06Si在500 K时,功率因子有最大值为0.37 m Wm-1K-2。热爆合成法制备的Mg2.08Si在480 K时,功率因子有最大值为0.32 m Wm-1K-2。又通过热爆合成法和自蔓延高温合成法制备Mg2.08Si1-xBix（0≤x≤0.05）粉体,并利用真空热压烧结制备Mg2.08Si1-xBix（0≤x≤0.05）块体,探索合适的Bi掺杂浓度。经过对其热电性能的测试发现,热爆合成法制备的Mg2.08Si0.96Bi0.04在750 K时,最优热电优值ZT=0.69。自蔓延高温合成法制备的Mg2.08Si0.96Bi0.04在750 K时,最优热电优值ZT=0.74。研究Mg量对自蔓延高温合成法制备Bi掺杂Mg2Si的影响,发现Mg2.06Si0.96Bi0.04在750 K时,最优热电优值ZT=0.78。
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