熱電材料，是一種將電能與熱能相互轉換的功能材料
熱電器件可用于發電或制冷，有無污染、無噪音、體積小、重量輕、使用壽命長和易控制等優點，在航天、微電子、醫療、廢熱發電和半導體制冷等領域有潛在的應用價值
熱電材料的轉換效率取決于材料的熱電優值ZT(ZT=S2T/ρκ)或功率因子PF(PF=S2/ρ)，其中S、T、ρ和κ分別是材料的塞貝克(Seebeck)系數、工作溫度、電阻率和熱導率
增大材料的Seebeck系數絕對值，減小電阻率和熱導率，可提高其熱電優值
但是，熱電材料的這三個參數相互關聯，Seebeck系數絕對值增大對應的電阻率也增加；電阻率減小，熱導率增大[1~3]
這限制了用傳統的方法提高材料的優值或功率因子
Zintl相化合物具有“電子晶體-聲子玻璃”的復雜晶體結構，即具有晶體的高電導率和玻璃的低熱導率特征；其“電子晶體”和“聲子玻璃”的功能區相互獨立，在不影響電子傳輸情況下可降低材料的熱導率，即具有獨立的導電網絡和導熱網絡
這種晶體結構使高導電性和低導熱性統一，具有優異的熱電性能[4~7]
在這類Zintl相化合物中，Mg3X2(X=Bi,Sb)材料因其熱電性能優異且組成元素豐富、廉價而備受關注[8~11]
目前化學燃料釋放的廢熱大部分溫度較低，尤其是中低溫廢熱(300 K~800 K)較多[12]
利用這些流失熱能不僅能提高能源的利用率，也減少了環境污染
半金屬Mg3Bi2的帶隙是負值，調制帶隙可使其成為一種理想的低溫熱電材料
但是，半金屬Mg3Bi2的電阻率較小，其Seebeck系數也較小[13]
Mg3Bi2一般作為Mg3Sb2的摻雜劑，用Bi部分取代Sb可降低熱導率進而提高其熱電性能[14,15]
Ponnambalam等[13]研究了p型Mg3Bi2的熱電性能，其載流子濃度可達2.3×1020 cm3
但是作為半金屬材料其載流子濃度高，在300 K~500 K平均Seebeck系數值僅約為50 μV/K，且熱導率很高(3.5 W·m-1·K-1)，其ZT平均值只有約0.06，不能用于實際應用
Mao等[11]加入過量的Mg制備出n型Mg3.2Bi2化合物
但是Mg的蒸氣壓較高，在真空鍍膜過程中容易揮發而不易控制鎂化物的Mg含量[16-17]
本文用高真空磁控濺射技術沉積薄膜，在Mg3Bi2化合物靶材系統中加一個純金屬Mg靶材進行順序沉積
聲明：
“濺射沉積富鎂Mg3Bi2薄膜的熱電性能” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：宋貴宏,李秀宇,李貴鵬,杜昊,胡方
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2025年08月05日 ~ 07日 
