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摘要
Mg3Sb2基合金因具有极低的本征晶格热导率而成为最具潜质的中温区热电材料之一，但其较低载流子浓度和电导率是目前亟待解决的问题，除了常用的元素掺杂外，有望通过引入Mg空位来提高合金的p型传输倾向，从而成为解决这一问题的有效方法。基于此，本文采用第一性原理计算方法对不同位置Mg的空位形成能和电子结构等参数进行了计算。由结果可知，Mg1位的Mg2+阳离子空位更容易形成，且空位含量最高可达0.05，Mg空位的存在也有利于禁带中的Fermi能级向价带方向偏移，使得载流子浓度大幅提升。利用定向凝固方法制备了相同成分的合金并对其热电性能参数进行了测试，所得的电子传输性能变化趋势与计算预测结果一致，Mg2.975Sb2合金的电导率和功率因子最大值分别为110 Scm-1和1.89 Wm-1K-1。此外，Mg空位的存在导致的点缺陷也有利于声子的散射和晶格热导率的降低，使得780 K时最高热电优值达到0.49。本文通过对Mg空位的调控使p型Mg3Sb2合金的电子传输性能得到提升，同时也为此类合金的热电性能优化提供了新的思路。
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