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GeTe 基三元合金的电学性能1 ∗ 唐兆官，赵新兵 ，朱铁军 浙江大学材料系，浙江杭州 (310027) E-mail：zhaoxb@ 摘 要：以Ge、Bi 、Sb、Te 为原料在1273 K 真空熔炼合成了Ge Sb Te 和Ge Bi Te 50-x x 50 50-x x 50 三元合金。物相分析显示，真空熔炼的三元合金的晶体结构属R 3m 斜方晶系。电学性能测 5 -1 试表明，三元合金Ge-Sb-Te 为p 型半导体，合金的电导率高，室温附近达到4.5×10 S·m 。 合金Ge Sb Te 的电学性能最好，640 K 功率因子为2.49×10-3 W·m-1K-2 。Ge-Bi-Te 合金中 45 5 50 由于存在第二相，与Ge-Sb-Te 三元合金相比电导率低，Seebeck 系数高。 关键词：热电材料；熔炼；三元合金；GeTe 中图分类号：TN304 1. 引言 [1, 2] 热电材料是一种不需运动部件即可实现热能和电能相互转换的功能材料 。在注重环 保和资源循环利用的今天，热电材料的这种特性格外引人注目。同时，热电器件也已经在一 些领域得到应用，并且在某些领域具有无可替代的地位，如无声致冷和深空探测器电源等。 热电材料的性能由热电优值Z ＝ 2 　　 / κ表征，其中α是Seebeck 系数，σ和κ分别是材料的 电导率和热导率。功率因子（ 2 　　）是衡量材料电学性能的参数。 [3, 4] [5, 6] 目前，热电材料的制备方法多种多样，主要有熔体生长法 、机械合金化（MA ） 、 电火花等离子烧结（ [7, 8] [9, 10] [11, 12] SPS） 、气相生长法 、水热法 ，其中熔体生长法适用于生长 体积较大的块晶材料，气相生长法适用于薄膜材料的制备，水热法能合成纳米颗粒的合金。 三元合金可以通过合金化在晶体中引入点缺陷，产生短程无序，增加短波声子的散射，在降 低晶格热导率的同时尽可能保持载流子迁移率不变。 IV-VI 族化合物也是一类典型的热电材料，其中的代表就是适用于中温温差发电的PbTe 化合物。由于Pb 具有很强的毒性，对环境污染比较大，所以PbTe 化合物的应用受到了一 GeTe 化合物也是IV-VI 族化合物中的一员，但其热电性能不如PbTe 化合物。IV-VI 定的限制。 族化合物成分优化是一种广泛使用的合成方法，它不仅能改变材料的组成尤其是自由载流子 浓度，而且能使材料具有某种新的性能。通常GeTe 合金中会存在着较多的Ge 空位，虽然 合金电导率高，但是热电性能并不好。本文以GeTe 热电材料为研究对象，采用真空熔炼的 方法合成GeTe 基三元合金，在合金成分中添加金属Sb 和Bi 元素，希望可以降低其空穴浓 度，提高Seebeck 系数，获得相对高的电学性能。 2. 实验 以Ge、Bi 、Sb、Te 元素为原料（Ge、Bi 、Sb、Te 的纯度 ≥ 99.999% ），按Ge Sb Te