热电材料，是一种将电能与热能相互转换的功能材料
热电器件可用于发电或制冷，有无污染、无噪音、体积小、重量轻、使用寿命长和易控制等优点，在航天、微电子、医疗、废热发电和半导体制冷等领域有潜在的应用价值
热电材料的转换效率取决于材料的热电优值ZT(ZT=S2T/ρκ)或功率因子PF(PF=S2/ρ)，其中S、T、ρ和κ分别是材料的塞贝克(Seebeck)系数、工作温度、电阻率和热导率
增大材料的Seebeck系数绝对值，减小电阻率和热导率，可提高其热电优值
但是，热电材料的这三个参数相互关联，Seebeck系数绝对值增大对应的电阻率也增加；电阻率减小，热导率增大[1~3]
这限制了用传统的方法提高材料的优值或功率因子
Zintl相化合物具有“电子晶体-声子玻璃”的复杂晶体结构，即具有晶体的高电导率和玻璃的低热导率特征；其“电子晶体”和“声子玻璃”的功能区相互独立，在不影响电子传输情况下可降低材料的热导率，即具有独立的导电网络和导热网络
这种晶体结构使高导电性和低导热性统一，具有优异的热电性能[4~7]
在这类Zintl相化合物中，Mg3X2(X=Bi,Sb)材料因其热电性能优异且组成元素丰富、廉价而备受关注[8~11]
目前化学燃料释放的废热大部分温度较低，尤其是中低温废热(300 K~800 K)较多[12]
利用这些流失热能不仅能提高能源的利用率，也减少了环境污染
半金属Mg3Bi2的带隙是负值，调制带隙可使其成为一种理想的低温热电材料
但是，半金属Mg3Bi2的电阻率较小，其Seebeck系数也较小[13]
Mg3Bi2一般作为Mg3Sb2的掺杂剂，用Bi部分取代Sb可降低热导率进而提高其热电性能[14,15]
Ponnambalam等[13]研究了p型Mg3Bi2的热电性能，其载流子浓度可达2.3×1020 cm3
但是作为半金属材料其载流子浓度高，在300 K~500 K平均Seebeck系数值仅约为50 μV/K，且热导率很高(3.5 W·m-1·K-1)，其ZT平均值只有约0.06，不能用于实际应用
Mao等[11]加入过量的Mg制备出n型Mg3.2Bi2化合物
但是Mg的蒸气压较高，在真空镀膜过程中容易挥发而不易控制镁化物的Mg含量[16-17]
本文用高真空磁控溅射技术沉积薄膜，在Mg3Bi2化合物靶材系统中加一个纯金属Mg靶材进行顺序沉积
声明：
“溅射沉积富镁Mg3Bi2薄膜的热电性能” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：宋贵宏,李秀宇,李贵鹏,杜昊,胡方
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2025年05月23日 ~ 25日 
