[发明专利]一种低热导率的Mg2Si0.2Ge0.1Sn0.7基热电材料

说明书

技术领域

本发明涉及热电材料，尤其是涉及一种低热导率的Mg₂Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7基热电材料。

背景技术

热电材料是一种实现热能与电能相互转换的功能材料，在热电材料两端有温度差存在时，它可将热能转换为电能。相比传统发电方式，热电材料制成的发电器件具有无机械运动部件、无噪音、无磨损、结构简单、形状可设计等一系列突出优点。并且它可用于工业废热、汽车尾热的回收利用，在热电材料中通入电流时，它可将电能转换为热能，一端吸热而另一端放热，这种特性可用于制冷，采用热电材料制成的制冷装置具有很多优点，比如无需化学介质且体积小等，在医用与家用冰箱、车用家用空调、激光探测器和计算机芯片的冷却等方面具有广阔的应用前景。

热电材料的性能用热电优值ZT=α²σT/κ衡量，其中α、σ、κ分别为材料的塞贝克系数、电导率与热导率，绝大多数的优质热电材料含有毒元素且价格昂贵，而Mg₂(Si,Sn)基热电材料具有元素储量丰富、成本很低、环境友好等一系列优点，但较高的热导率使其热电性能较低，热电优值ZT不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ge掺杂Mg₂Si_0.3Sn_0.7基热电材料，通过向Mg₂Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7基热电材料中掺杂Ge元素，降低了Mg₂Si_0.3Sn_0.7晶格热导率，从而提高了Mg₂Si_0.3Sn_0.7基热电材料的ZT值。

    本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

 一种低热导率的Mg₂Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7基热电材料，通过向Mg₂Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7基热电材料中掺杂Ge元素，降低了Mg₂Si_0.3Sn_0.7晶格热导率，从而提高Mg₂Si_0.3Sn_0.7基热电材料的ZT值。

一种低热导率的Mg₂Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7基热电材料的制备方法，其包括以下具体步骤：

1）将包含镁、锗、锡、硅和锑的原料试样按化学计量Mg_2.08(Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7)_0.99Sb_0.01研磨均匀；

2）将步骤1中的原料试样放入热处理炉中进行熔炼；

3）取出步骤2中的原料试样并研磨成粉末，在真空放电等离子烧结10min，得到10%Ge掺杂的Mg_2.08(Si_0.2Ge_0.1Sn_0.7)_0.99Sb_0.01块状样品。

作为优选的，所述的镁、锗、锡、硅、锑的纯度均为99%以上。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，步骤2中的原料试样在放入热处理炉中进行熔炼之前其上方覆盖有氧化硼粉末。这样设置，氧化硼在熔炼温度700度时，会融化形成一层液体薄膜，覆盖在原料试样上方，阻止了原料试样与外界的接触，起到一个密封作用，尤其是阻止了Mg的氧化和挥发。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，原料试样在热处理炉中的温度为700^oC，时间为10小时。

为了获得更好的技术效果，进一步的技术改进在于，原料试样在真空放电等离子烧结的压强为50 MPa，温度为978 K。

本发明的有益效果是：