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摘要
热电材料是一种可以利用固体中载流子和声子的输运及其相互作用实现热能和电能之间相互转换的新型功能材料。热电半导体器件既可以对汽车尾气、工业废热、地热和海洋温差等能源进行回收再利用，也可以提供可靠、便捷、绿色和无噪声的快速精确制冷方式，为日益增长的能源危机问题和传统的空气压缩制冷方式带来的臭氧层破坏及温室效应问题提供有效的解决方案。其中，在废热发电领域最具应用潜质的中温区热电材料也是近年来研究的重点。Mg3Sb2基热电材料由于其低廉的成本和无毒无害等优点，以及特殊的晶体结构优势，过去十几年被广泛研究，本征条件下极低的晶格热导率使其成为最有希望实现“声子玻璃、电子晶体”构想的半导体材料。与此同时，其极低的电导率也为热电性能的进一步优化带来极大的困难，研究者们尝试用多种方法来提高其热电性能，包括制备大晶粒度晶体、加入第三组元和元素掺杂等，这些方法使Mg3Sb2基热电材料的热电性能得到极大的提升。基于此，本文综述了Mg3Sb2基热电材料制备方法的最新研究进展，以及不同的热电性能优化途径，提出存在的问题和未来的发展方向。同时，本文提出利用定向凝固方法制备三元Mg3(Sb,Bi)2单晶材料，此方法有望通过减少晶界和Mg的氧化进一步提高合金本征条件下的电导率，并利用各热电性能参数的各向异性来进一步提高ZT值。此外，结合第一性原理计算方法讨论合金中掺杂元素位置和掺杂效率对载流子传输和散射的影响关系，为此类热电材料的性能优化提供新的思路。
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