這篇由山東大學等的研究學者完成，討論快速合成的n型Pb1-xBixTe合金具有低導熱率和高品質因數的論文，發表在二區重要期刊《Dalton Transactions》，影響因子：4.099。

近年來，微波化學儀器用于材料合成的研究工作已經成為科學研究的熱門方向，受到廣大學者的極大關注！

采用低溫快速合成法制備了n型PB1?xBixTe合金；研究了Bi摻雜和微波水熱工藝對顯微結構和熱電性能的影響；Bi在PbTe中的固溶極限為x=0.02~0.03；采用微波水熱法合成了70 nm左右的均勻納米粒子。

在熱壓條件下，PB1?xBixTe合金也形成了亞微米級晶粒尺寸。隨著Bi含量的增加，載流子濃度在溶解度極限范圍內提高，這導致低電阻率和較高的功率因數在高溫。在623K時，x=0.02樣品獲得了較高的功率因數為8.5μW cm?1 K?2。此外，Bi的引入有效地抑制了原始PbTe的p-n轉變和雙極熱導率。因此，在673 K下，結合合金、晶界、位錯和缺陷的散射，獲得了0.6 8W m?1 K?1的低晶格熱導率。

結果表明，Pb0.98Bi0.02Te樣品在673 K處獲得最高峰值，即zT=0.62，與傳統熔煉法合成的摻鉍PbTe合金相當。因此，適當的微波水熱法合成條件可以迅速得到具有類似性能的熱電材料。

采用微波水熱法和熱壓法快速合成了x=0.00、0.01、0.02、0.03和0.04的n型PB1?xBixTe合金。所有樣品均形成了單晶結構、致密的顯微結構和均勻的元素分布。確定了Bi在PbTe中的固溶極限為x=0.02~0.03。Bi摻雜樣品的大部分晶粒尺寸為亞微米級，小于純PbTe的晶粒尺寸，隨著Bi含量的增加，載流子濃度逐漸提高，直到溶解度極限，在x=0.02和0.03處電阻率最低。Bi摻雜的Seebeck系數為負值，且隨Bi含量的變化與載流子濃度的變化一致。在此基礎上，在x=0.02的623K下，獲得了8.5μW cm?1 K?2的最大功率因數值。由于Bi的引入禁止了雙極熱導，所以隨著溫度的升高，晶格熱導率仍然很低。此外，還引入并強化了合金、晶界、位錯和缺陷的散射。結果表明，Pb0.98Bi0.02Te合金在673 K時晶格熱導率最低，為0.68W m?1 K?1。結果表明，提高的高溫功率因數和最低的晶格熱導率使Pb0.98Bi0.02Te在673 K時獲得了zT=0.62的最高值。這一優點與傳統熔煉法合成的摻鉍PbTe合金相當。因此，在優化的反應條件下，微波水熱法可快速制備出具有類似熱電性能的n型PB1?xBixTe合金。

在一種典型的PbTe納米粒子的合成中，分別在50 mL去離子水中加入2g NaOH、1.9788 g PbN_2O_6、1.3646 g Na2TeO_3和0.6g NaBH_4(對摻鉍的PbN_2O_6樣品加入比例的BiCl_3)。將該溶液轉移到80 mL聚四氟乙烯高壓釜中，在微波水熱合成器(XH-800s，北京祥鵠科技發展有限公司)中，以10°C min?1的升溫速率，加熱至140°C，30 min。產品自然冷卻到室溫，然后用去離子水和乙醇離心洗滌幾次。在此之后，這些洗過的產品在真空烤箱中干燥成粉末。用773 K熱壓燒結得到的PbTe納米粒子，在20 MPa條件下燒結1h。最后，合成了相對密度大于97%的PB1?xBixTe樣品。