Cải thiện hệ số công suất nhiệt điện trong hợp chất Mg3 Sb2 pha tạp Si cho ứng dụng chuyển đổi nhiệt điện của vật liệu

Tóm tắt

Mg₃Sb₂ được biết đến là vật liệu bán dẫn vùng cấm hẹp có độ dẫn điện và đặc tính nhiệt điện phụ thuộc nhiều vào cấu trúc và hàm lượng tạp chất. Trong nghiên cứu này, để cải thiện tính chất chuyển đổi nhiệt điện của Mg₃Sb₂, các tác giả tiết hành pha tạp Si theo tỷ lệ khác nhau (x=0,05, 0,1, 0,15, 0,25 và 0,3) vào vị trí của Sb trong hợp chất Mg₃Sb_2-xSi_x nhằm nâng cao độ dẫn điện mà không làm giảm hệ số Seebeck của vật liệu nền. Kết quả cho thấy, các hợp chất nền Mg₃Sb₂ và hợp chất lai hóa Mg₃Sb_2-xSi_x chế tạo bằng phương pháp phản ứng pha rắn (nghiền năng lượng cao kết hợp với ép nóng và nung thiêu kết) đều thu được cấu trúc tinh thể lục giác (hexagonal). Độ dẫn điện của các mẫu pha tạp Si tăng lên đáng kể so với mẫu Mg₃Sb₂ không pha tạp, trong khi hệ số Seebeck giảm nhẹ ở các mẫu có nồng độ Si thấp và tăng cao nhất ở mẫu Mg₃Sb_1,75Si_0,25. Kết quả hệ số công suất của các mẫu pha tạp Si đều tăng so với mẫu không pha tạp. Giá trị hệ số công suất tại 673K của các mẫu Mg₃Sb_1,9Si_0,1, Mg₃Sb_1,75Si_0,25 và Mg₃Sb_1,7Si_0,3 tăng khoảng 1,7 lần so với Mg₃Sb₂.