镁含量对光伏废硅粉基硅化镁陶瓷的结构及其热电性能影响

硅化镁由于其组成元素丰度高以及优异的热电性能而被认为是最有前景的中温区热电材料之一.本项工作报道了直接利用光伏废硅粉作为硅源,采用高能球磨和放电等离子体烧结法制备了不同镁含量(镁硅摩尔比为1.9∶1、2∶1和2.1∶1)的硅化镁热电材料,并对材料进行了物相、结构和热电性能分析.研究结果表明:在300~780 K内,不同镁含量的硅化镁陶瓷材料电导率呈现先降低再升高的变化趋势,而Seebeck系数的变化较为平稳,镁硅摩尔比为2∶1的硅化镁陶瓷具有最高的功率因数,其值在800 K下可以达到82μW m^-(1)K^-(2).此外,不同Mg含量对硅化镁陶瓷的热导率的影响十分显著,随着Mg含量的增加,材料的热导率显著降低,在800 K下降低至1.01 W m^-(1)K^-(1).当镁硅摩尔比为2.1∶1时,硅化镁陶瓷在800 K下呈现出最高的ZT值~0.063.本工作表明过量的Mg有助于改善硅化镁的热电性能,同时以光伏废硅粉为原料制备硅化镁热电陶瓷是可行的,同时能够达到二次利用光伏废硅粉产生高附加价值的目的,对环境保护和资源再利用有一定重要意义.