Mg_(3)Bi_(2)/Mg_(2)Sn纳米复合膜的微结构及热电性能

利用高真空磁控溅射技术,通过高纯Mg靶和自制Mg-Bi-Sn合金靶的顺序溅射沉积,制备了Mg_(3)Bi_(2)/Mg_(2)Sn纳米复合薄膜。沉积薄膜的晶体结构和相组成由X射线衍射(XRD)图谱确定,表面形貌和化学成分用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能谱仪(EDS)进行观察、测量和分析。沉积薄膜的载流子浓度和迁移率通过霍尔实验获得,电导率和Seebeck系数由Seebeck/电阻测试分析系统进行测量。结果表明,沉积薄膜由Mg_(3)Bi_(2)和Mg_(2)Sn两相组成,随着薄膜中Mg_(2)Sn含量的增加,沉积薄膜的室温载流子浓度增加而迁移率下降。在整个测试温度范围内,随薄膜中Mg_(2)Sn含量的增加,薄膜Seebeck系数不断升高而电导率下降。Mg_(2)Sn相原子含量为28.22%的沉积薄膜在155℃获得最高功率因子为1.2 mW·m^(-1)·K^(-2)。在Mg_(3)Bi_(2)薄膜中加入适量的Mg_(2)Sn第二相,可明显提升Mg_(3)Bi_(2)薄膜材料的功率因子。

溅射沉积富镁Mg_(3)Bi_(2)薄膜的热电性能

采用Mg-Bi化合物靶和金属Mg靶用磁控溅射技术制备富Mg的Mg_(3)Bi_(2)薄膜并表征其相组成、表面和截面形貌,研究了薄膜的热电性能。结果表明,这种富Mg薄膜由Mg_(3)Bi_(2)相和金属Mg相组成且Mg_(3)Bi_(2)结构中有Mg空位,具有p型导电特征,Seebeck系数为正值。随着温度的提高,富Mg薄膜的电阻率先略微提高而后显著降低;随着Mg含量的提高富Mg薄膜的电阻率逐渐提高,但是Mg含量达到一定数值后电阻率又急剧下降。Mg含量较低时Seebeck系数随着温度的提高开始时略下降随后很快增大,达到最大值后又很快降低;Mg含量较高时随着温度的提高Seebeck系数开始时略增大,随后缓慢下降。除了Mg含量较低的样品,在温度相同的条件下随着Mg含量的提高薄膜的Seebeck系数值增大,但是Mg含量过高时Seebeck系数值迅速降低,达到普通金属材料Seebeck系数的数量级。这种富Mg薄膜的功率因子,受Seebeck系数和电阻率制约。