中文摘要：

设计了微波激活MgH2与纳米Si粉体固相扩散反应制备高纯纳米Mg2Si热电材料的工艺方法，有效避免了传统工艺中采用单质纳米镁粉氧原子易于入侵的难题，反应副产物氢气有助于进一步降低目标产物中的氧含量并在随后的放电等离子烧结（SPS）致密化过程中通过晶界钉轧作用保持产物原有的纳米晶结构。研究微波电磁场对反应物颗粒表面和界面的活化作用和界面粒子导电效应和表层带电空位的迁移特征，及其对MgH2与纳米Si混合粉体扩散反应过程的影响；探讨实现低温高效和环保合成纳米Mg2Si热电材料制备的新途径。通过研究微波能量对反应过程和反应机制影响的实时分析，探讨微波在激活和促进固相反应过程中的本质作用；对合成材料的微观结构特征及热电性能进行表征。研究工作将得到微波条件下粉体固相反应过程机制及粒子扩散输运特性的基础理论成果，对于揭示微波加热的本质作用机理及促进功能材料的合成和制备方法具有较大的科学意义和应用价值。

结论摘要：

按照项目任务书确定的研究工作计划完成了所有研究内容。 以MgH2为原料代替传统的Mg粉，采用微波激活固相反应法进行MgH2与Si粉和Sn反应制备了镁硅基高纯纳米热电材料，研究了原始粉体的尺寸，摩尔比、微波功率和作用时间等参数对产物形貌和热电性能的影响。进行了平衡固相反应和一步合成法条件下上述粉体的反应合成，对比分析了三种不同情况下所制备试样的形貌和热电性能，揭示了不同外场对上述粉体间固相反应和原子扩散输运过程的影响，确定了不同外场条件下镁硅基热电材料的制备工艺。基于引入纳米第二相可强化声子散射的理论基础，利用化学刻蚀法制备了硅纳米线（SiNWs），通过超声振荡同步实现了SiNWs的剥离及其与基体的充分混合，制备了SiNWs-Mg2Si复合材料，并对其微观组织、热电性能和散射机制进行了探讨。 研究认为，微波固相激活反应具有快速、节能和界面结构纯净的特点，利用MgH2可以有效改善镁粉活泼易氧化和挥发的问题，通过精确控制产物摩尔比制备出纯净的纳米热电材料粉体。揭示了MgH2分解产物H2在反应及烧结过程中对试样性能产生的双重效应，提出H2的产生可增加气氛还原势提高产物纯度，分布于晶界的纳米微孔可有效降低基体热导率并通过晶界拖曳作用抑制晶粒长大的观点；同时认为氢气纳米微孔的存在对基体电性能造成一定损伤，且过多的残余扩散氢原子可在基体间隙自由扩散，最终引发试样发生破坏。利用一步合成法可以简化Mg2Si和Mg2SixSn1-x制备工艺，样品具有优异的热电性能，但经过400℃热处理后其性能发生改变。同步超声震荡法可以实现SiNWs-Mg2Si复合材料的制备，该方法避免了SiNWs的团聚和缠绕等问题并实现了在基体中的均匀分布并；SiNWs的掺入有效降低了基体热导率，该方法为新型热电材料的多样化发展提供了可借鉴的思路，研究成果可推广至其它功能材料制备中。 项目研究期间申报发明专利8项，获授权5项，其余3项已公开；发表论文15篇，其中被SCI检索8篇，EI检索12篇，被SCI源刊接收2篇，被EI源刊接收1篇。培养博士研究生2名（已获学位1人），硕士生10名（已获学位4人）。