Mg3X2（X=Sb,Bi）基热电材料的研究进展

化石燃料产生的热能一部分以废热的形式流失到环境中。常常，废热的温度较低且低温废热占比很高，有效利用中低温废热将大大提高能源的利用率。热电材料器件能够实现热能与电能相互转换。Zintl相化合物因拥有“电子晶体-声子玻璃”的复杂晶体结构特征，具有优异的热电性能。Mg3X2（X=Sb,Bi）作为一种Mg基Zintl相化合物，具有成本低、组成元素储量丰富且热电性能优异等特点，被认为是一种极具应用潜力的中低温热电材料。近年来，关于如何提升Mg3X2的热电性能成为研究的热点。首先，综述了Mg3X2晶体结构的特点和其热电性能具有各向异性的特征，又分别综述了掺杂的Mg3Sb2和Mg3Bi2化合物的热电性能和最新研究进展。在相同温度下，n型Mg3X2比p型Mg3X2的热电性能更高。通过不等价n型或p型元素掺杂，大部分Mg3X2基材料虽然Seebeck系数值有所降低，但其电导率、功率因子和优值都增加，可有效改善Mg3X2基材料的热电性能。通过调整Mg3（Sb,Bi）2固溶体中Mg3Bi2的含量，可调整能带电子结构和带隙，在70%含量下(Mg3Bi1.4Sb0.6合金)可获得最大的优值ZT。基于n型Mg3Bi1.4Sb0.6合金在低温废热有效利用率已经超过现有的n型Bi2Te3合金，Mg3X2基很有可能在未来取代n型Bi2Te3合金，成为新的低温热电材料。