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开发新型替代能源是解决目前能源危机的迫切课题。太阳能、风能、水能、生物能、核能等新型能源的应用,一定程度上缓解了当前的状况。同时,提高有限能源的使用效率,实现能源的充分利用也是解决能源危机的重要途径。热电材料利用固体内部载流子的输运,可以直接实现热能和电能直接转换,因而有望在节能减排,优化有限能源的使用效率方面发挥重要作用。Zintl相热电体系Ca1-xRExAg1-ySb(RE = La,Ce,Pr,Nd,Sm;0≤x≤1,0≤y≤1)具有潜在的高温热电应用前景,基于前期的研究工作,采用三价稀土金属RE对CaAgSb的Ca阳离子进行替换,当x≈0.15时,化合物产生了有趣的结构相变,由TiNiSi构型转变为LiGaGe构型,这一结构变化可以促使材料的热电性能发生大幅度的提升。在本论文工作中,我们深入系统地研究了稀土金属元素的掺杂对Ca1-xCexAg1-ySb(0≤x≤1,0≤y≤1)热电体系的结构与性能的影响。研究内容包括以下四个部分:1、采用感应熔炼技术,成功地获得了一系列常规高温固相合成难以制备纯化的Zintl相热电材料Ca1-xCexAg1-ySb。感应熔炼技术可以实现短时间内对反应体系急速加热,极大地提高反应效率,缩短实验周期,获得高纯度样品。2、以Ca1-xCexAg1-xSb(0≤x≤1)体系为研究对象,深入地研究了稀土金属掺杂对材料的晶体结构和热电性能的影响。Ce含量的增加对Ag-Sb层的Ag缺陷结构具有调控作用,并导致晶胞产生超晶格结构,对热电性能起了关键性的决定作用。其中Ca0 83Ce017Ag0.85Sb组分,在800K至1025K具有较高的热电优值zT～0.6。3、通过对Ca1-xCexAg1-ySb(0≤x≤1;0≤y≤1)的阳离子位置进行Nb掺杂,可以进一步调控Ag位置的缺陷浓度,体现了 Zintl相化合物中典型的阳离子尺寸和电子效应。这一特点使得Ca1-xCexAg1-ySb)(0≤x≤1;0≤y≤1)体系中的缺陷调控更为灵活,热电性能的优化也更为方便。通过调节Ca/Nb比例,在Ca0.725+xNb0.1-xCe0.15AgSb(0≤0.05)体系中,获得了575K以上的宽温区高热电优值zT>0.4,在实际应用中有很大优势。4、采用感应熔炼技术,成功获得了一系列As、Se、Ge掺杂的Ca0.85Ce0.15Ag0.85Sb热电材料。并将该合成方法成功应用于其他高熔点稀土金属掺杂化合物 Ca0.85RE0.15Ag0.85Sb(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm)。