CN112038473B - 一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种全温域高性能的n型Mg‑Sb基热电材料及其制备方法，本发明涉及一种n型热电材料及其制备方法。本发明要解决现有n型Mg3Sb2基热电材料无法兼顾室温和高温同时获得高性能，且力学性能不佳的问题。全温域高性能的n型Mg‑Sb基热电材料的化学通式为BxMg3.2‑xSb1.99‑ yBiyTe0.01；方法：一、称取；二、球磨；三、烧结。本发明用于全温域高性能的n型Mg‑Sb基热电材料及其制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种n型热电材料及其制备方法。
背景技术
热电材料能够直接实现热能与电能的相互转化，是以废热和太阳能为热源的发电技术的核心材料。热电材料分为n型和p型，相互配对而形成的热电器件可广泛应用于工业废热回收发电、深空探测和热电制冷等领域，受到世界各国广泛关注。热电器件的能量转换效率主要取决于热电材料的热电优值(ZT)。如何提高热电优值是热电材料研究领域不变的主题，除了在传统成熟的热电材料体系中寻求性能优化外，同样应寻找新型高性能的热电材料。n型Mg3Sb2基Zintl相热电材料是近几年来新兴的热电材料，具有极低本征晶格热导率，具有较大发展和应用潜力，相关研究工作较多。但作为中温材料，目前n型Mg3Sb2基热电材料在整个服役温度范围内的热电优值并不理想，无法在室温和高温端同时获得高热电性能，例如，退火得到的Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01合金其室温热电优值接近0.8，但其最高热电优值不足1.2(423K)，高温性能下降明显；Mn掺杂Mg3Sb2合金最高热电优值可达1.8(723K)，但其室温热电优值低于0.3；同时力学性能仍有差距，限制了该材料的服役温度范围和应用场景。
发明内容
本发明要解决现有n型Mg3Sb2基热电材料无法兼顾室温和高温同时获得高性能，且力学性能不佳的问题，而提供一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料及其制备方法。
全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为BxMg3.2-xSb1.99-yBiyTe0.01，x＝0.01～0.05，y＝0.49～1.49。
一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的：
一、称取：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，按照化学通式为BxMg3.2-xSb1.99-yBiyTe0.01的化学计量比称取B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉，然后在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将称取的B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉加入到不锈钢球磨罐中，放入不锈钢球封紧，得到封紧的球磨罐；其中x＝0.01～0.05，y＝0.49～1.49；
二、球磨：
在空气气氛中，将封紧的球磨罐置于高能球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1500转/分钟的条件下，高速球磨8h～12h；
三、烧结：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中开启球磨罐，得到粉体，在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将粉体置于石墨模具中并压紧，然后在空气气氛中，将模具置于烧结炉中，在抽真空的条件下，以升温速度为80K/min～120K/min，将温度升温至923K～1093K，然后在烧结温度为923K～1093K及压力为50MPa～70MPa的条件下，烧结2min～5min，随炉冷却，得到B掺杂Mg3Sb2基热电材料，即完成全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料及其制备方法，解决了目前n型Mg3Sb2基热电材料无法兼顾室温和高温同时获得高性能的问题，同时提高了其力学性能。通过尽可能地提高烧结温度，一方面可以使得晶粒明显长大，降低晶界密度以减弱晶界对载流子的散射，使得材料的载流子迁移率尤其是低温区间大幅增加，功率因子相应提升明显；另一方面，由于合金中存在过量的Mg单质第二相，相比于基体，Mg具有极高热导率，因此合金中过量的Mg存在会导致总热导率的提高。更高的烧结温度可以加剧过量的Mg挥发，极限调控合金中Mg的含量，降低合金晶格热导率，使得材料的热电优值大幅提高，尤其是低温区间。另外，采用B掺杂主要有两方面作用，一是B掺杂可以提高合金的热稳定性，实现更高的烧结温度；二是B掺杂可以提高热电材料的力学性能，B掺杂后材料的硬度明显提升。最终，通过提高烧结温度的方法实现了对晶界散射和过量Mg含量的极限调控，B掺杂Mg3Sb2基合金的热电优值为0.62～1.81(300K～773K)，平均热电优值高达1.4(300K～773K)为同体系中最高值，进一步提高了n型Mg3Sb2基热电材料的实际应用价值。
本发明用于一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料及其制备方法。
附图说明
图1为抛光腐蚀处理后的SEM图像，(a)为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，(b)为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，(c)为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，(d)为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图2为载流子迁移率对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图3为电导率系数对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图4为塞贝克系数对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图5为功率因子对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图6为总热导率对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图7为晶格热导率对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图8为热电优值对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图9为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料与其他Mg3Sb2基热电材料的热电优值对比图，1为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为Y掺杂Mg3SbBi，3为Co掺杂Mg3Sb2，4为Mn掺杂Mg3Sb2，5为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，6为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01退火样品，7为Y掺杂Mg3Sb1.5Bi0.5，8为Mg3Sb0.6Bi1.4；
图10为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料与其他Mg3Sb2基热电材料的平均热电优值对比图，1为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为Y掺杂Mg3SbBi，3为高温烧结Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，4为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01退火样品，5为Mg3.175Mn0.025Sb1.5Bi0.49Te0.01，6为Mg3Sb1.48Bi0.48Te0.04，7为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，8为Mn掺杂Mg3Sb2，9为Co掺杂Mg3Sb2，10为Y掺杂Mg3Sb1.5Bi0.5，11为Nb掺杂Mg3Sb2；
图11为实施例三、实施例五、实施例六及对比实验中不同B掺杂量时Mg3Sb2基热电材料的维氏硬度变化情况。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为BxMg3.2-xSb1.99-yBiyTe0.01，x＝0.01～0.05，y＝0.49～1.49。
本实施方式的有益效果是：本实施方式公开了一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料及其制备方法，解决了目前n型Mg3Sb2基热电材料无法兼顾室温和高温同时获得高性能的问题，同时提高了其力学性能。通过尽可能地提高烧结温度，一方面可以使得晶粒明显长大，降低晶界密度以减弱晶界对载流子的散射，使得材料的载流子迁移率尤其是低温区间大幅增加，功率因子相应提升明显；另一方面，由于合金中存在过量的Mg单质第二相，相比于基体，Mg具有极高热导率，因此合金中过量的Mg存在会导致总热导率的提高。更高的烧结温度可以加剧过量的Mg挥发，极限调控合金中Mg的含量，降低合金晶格热导率，使得材料的热电优值大幅提高，尤其是低温区间。另外，采用B掺杂主要有两方面作用，一是B掺杂可以提高合金的热稳定性，实现更高的烧结温度；二是B掺杂可以提高热电材料的力学性能，B掺杂后材料的硬度明显提升。最终，通过提高烧结温度的方法实现了对晶界散射和过量Mg含量的极限调控，B掺杂Mg3Sb2基合金的热电优值为0.62～1.81(300K～773K)，平均热电优值高达1.4(300K～773K)为同体系中最高值，进一步提高了n型Mg3Sb2基热电材料的实际应用价值。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的x＝0.03～0.05，y＝0.49～0.99。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为B0.03Mg3.17Sb1.5Bi0.49Te0.01。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的：
一、称取：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，按照化学通式为BxMg3.2-xSb1.99-yBiyTe0.01的化学计量比称取B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉，然后在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将称取的B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉加入到不锈钢球磨罐中，放入不锈钢球封紧，得到封紧的球磨罐；其中x＝0.01～0.05，y＝0.49～1.49；
二、球磨：
在空气气氛中，将封紧的球磨罐置于高能球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1500转/分钟的条件下，高速球磨8h～12h；
三、烧结：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中开启球磨罐，得到粉体，在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将粉体置于石墨模具中并压紧，然后在空气气氛中，将模具置于烧结炉中，在抽真空的条件下，以升温速度为80K/min～120K/min，将温度升温至923K～1093K，然后在烧结温度为923K～1093K及压力为50MPa～70MPa的条件下，烧结2min～5min，随炉冷却，得到B掺杂Mg3Sb2基热电材料，即完成全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四之一不同的是：步骤一中所述的x＝0.03～0.05，y＝0.49～0.99。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五之一不同的是：步骤一中在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，按照化学通式为B0.03Mg3.17Sb1.5Bi0.49Te0.01的化学计量比称取B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤一中以球料比为1:1，放入不锈钢球封紧。其它与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤二中在空气气氛中，将封紧的球磨罐置于高能球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1425转/分钟的条件下，高速球磨10h～12h。其它与具体实施方式四至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：步骤三中以升温速度为80K/min～100K/min，将温度升温至923K～1093K。其它与具体实施方式四至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：步骤三中在烧结温度为923K～1093K及压力为60MPa～70MPa的条件下，烧结2min～4min。其它与具体实施方式四至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为B0.03Mg3.17Sb1.5Bi0.49Te0.01；
上述一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的：
一、称取：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，按照化学通式为B0.03Mg3.17Sb1.5Bi0.49Te0.01的化学计量比称取B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉，然后在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将称取的B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉加入到不锈钢球磨罐中，放入不锈钢球封紧，得到封紧的球磨罐；
二、球磨：
在空气气氛中，将封紧的球磨罐置于高能球磨机中，在电机转速为1425转/分钟的条件下，高速球磨10h；
三、烧结：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中开启球磨罐，得到粉体，在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将粉体置于石墨模具中并压紧，然后在空气气氛中，将模具置于烧结炉中，在抽真空的条件下，以升温速度为100K/min，将温度升温至1023K，然后在烧结温度为1023K及压力为60MPa的条件下，烧结2min，随炉冷却，得到B掺杂Mg3Sb2基热电材料，即完成全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤二中所述的烧结温度为1073K。其它与实施例一相同。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是：步骤二中所述的烧结温度为1093K。其它与实施例一相同。
实施例四：本实施例与实施例一不同的是：步骤二中所述的烧结温度为923K。其它与实施例一相同。
图1为抛光腐蚀处理后的SEM图像，(a)为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，(b)为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，(c)为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，(d)为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图2为载流子迁移率对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料。
由图1和图2可知，烧结温度提高使得合金晶粒明显长大，晶粒尺寸由0.7微米(923K烧结，实施例四)提高到16微米(1093K烧结，实施例三)，降低了晶界密度，减弱晶界散射，载流子迁移率显著提高，尤其是在中低温区间。
图3为电导率系数对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图4为塞贝克系数对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图5为功率因子对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料。
由图3至5可知，提高烧结温度后，电导率提升超过100％，功率因子显著提高，烧结温度为1093K时，室温功率因子为22μWcm-1K-2，功率因子最高为约25μWcm-1K-2(373K)。
图6为总热导率对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；
图7为晶格热导率对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料。
由图6和图7可知，提高烧结温度后，B掺杂Mg3Sb2基热电材料的总热导率和晶格热导率均有明显降低，当烧结温度为1093K时，材料总热导率和晶格热导率最低，总热导率为0.68Wm-1K-1，晶格热导率为0.42Wm-1K-1，证明了提高烧结温度对于热导率的降低作用，其机制为在高温烧结时，热导率较高的Mg挥发剧烈，合金中过量的Mg含量降低明显，导致晶格热导率显著降低。
图8为热电优值对比图，1为实施例四制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为实施例一制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，3为实施例二制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，4为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料；由图可知，在整个温度区间，提高烧结温度对B掺杂Mg3Sb2基热电材料的热电优值提升明显，烧结温度为1093K时，室温热电优值为0.62，峰值热电优值为1.81(773K)。
图9为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料与其他Mg3Sb2基热电材料的热电优值对比图；1为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为Y掺杂Mg3SbBi，3为Co掺杂Mg3Sb2，4为Mn掺杂Mg3Sb2，5为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，6为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01退火样品，7为Y掺杂Mg3Sb1.5Bi0.5，8为Mg3Sb0.6Bi1.4；
图10为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料与其他Mg3Sb2基热电材料的平均热电优值对比图；1为实施例三制备的B掺杂Mg3Sb2基热电材料，2为Y掺杂Mg3SbBi，3为高温烧结Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，4为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01退火样品，5为Mg3.175Mn0.025Sb1.5Bi0.49Te0.01，6为Mg3Sb1.48Bi0.48Te0.04，7为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01，8为Mn掺杂Mg3Sb2，9为Co掺杂Mg3Sb2，10为Y掺杂Mg3Sb1.5Bi0.5，11为Nb掺杂Mg3Sb2。
其中Y掺杂Mg3SbBi依据Shi X,Zhao T,Zhang X,et al.Adv Mater,2019,31:1903387制备；高温烧结Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01依据Kanno T,Tamaki H,Sato H K,et al.ApplPhys Lett,2018,112:033903制备；Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01退火样品依据Wood M,Kuo J J,Imasato K,et al.Adv Mater,2019,31:1902337制备；Mn掺杂Mg3Sb2依据Shu R,Zhou Y,Wang Q,et al.Adv Funct Mater,2019,29:1807235制备；Co掺杂Mg3Sb2依据Mao J,ShuaiJ,Song S,et al.Proc Natl Acad Sci,2017,114:10548-10553制备；Mg3Sb1.48Bi0.48Te0.04依据Zhang J,Song L,Pedersen S H,et al.Nat Commun,2017,8:1-8制备；Y掺杂Mg3Sb1.5Bi0.5依据Song S,Mao J,Bordelon M,et al.Mater Today Phys,2019,8:25-33制备；Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01依据Tamaki H,Sato H K,Kanno T.Adv Mater,2016,28:10182-10187制备；Nb掺杂Mg3Sb2依据Shuai J,Mao J,Song S,et al.Energy Environ Sci,2017,10:799-807制备；Mg3Sb0.6Bi1.4依据Imasato K,Kang S D,Snyder G J.Energy EnvironSci,2019,12:965-971制备；Mg3.175Mn0.025Sb1.5Bi0.49Te0.01依据Chen X,Wu H,Cui J,etal.Nano Energy,2018,52:246-255制备。
由图9和图10可知，1093K烧结的B掺杂Mg3Sb2基热电材料的热电优值和平均热电优值与其他同体系材料相比，在全温域均具有突出的热电性能，平均热电优值高达1.4(300K～773K)，远高于其他同体系n型Mg3Sb2基热电材料。
实施例五：本实施例与实施例三不同的是：全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为B0.01Mg3.19Sb1.5Bi0.49Te0.01。其它与实施例三相同。
实施例六：本实施例与实施例三不同的是：全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为B0.05Mg3.15Sb1.5Bi0.49Te0.01。其它与实施例三相同。
对比实验：本对比实验与实施例三不同的是：全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为Mg3.2Sb1.5Bi0.49Te0.01。其它与实施例三相同。
图11为实施例三、实施例五、实施例六及对比实验中不同B掺杂量时Mg3Sb2基热电材料的维氏硬度变化情况。由图可知，B掺杂能够明显提高Mg3Sb2基热电材料的硬度，提升其力学性能，有利于器件应用。
Claims (10)
1.一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料，其特征在于全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为BxMg3.2-xSb1.99-yBiyTe0.01，x＝0.01～0.05，y＝0.49～1.49。
2.根据权利要求1所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料，其特征在于所述的x＝0.03～0.05，y＝0.49～0.99。
3.根据权利要求1所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料，其特征在于所述的全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的化学通式为B0.03Mg3.17Sb1.5Bi0.49Te0.01。
4.如权利要求1所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、称取：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，按照化学通式为BxMg3.2-xSb1.99-yBiyTe0.01的化学计量比称取B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉，然后在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将称取的B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉加入到不锈钢球磨罐中，放入不锈钢球封紧，得到封紧的球磨罐；其中x＝0.01～0.05，y＝0.49～1.49；
二、球磨：
在空气气氛中，将封紧的球磨罐置于高能球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1500转/分钟的条件下，高速球磨8h～12h；
三、烧结：
在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中开启球磨罐，得到粉体，在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，将粉体置于石墨模具中并压紧，然后在空气气氛中，将模具置于烧结炉中，在抽真空的条件下，以升温速度为80K/min～120K/min，将温度升温至923K～1093K，然后在烧结温度为923K～1093K及压力为50MPa～70MPa的条件下，烧结2min～5min，随炉冷却，得到B掺杂Mg3Sb2基热电材料，即完成全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法。
5.根据权利要求4所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的x＝0.03～0.05，y＝0.49～0.99。
6.根据权利要求4所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于步骤一中在水氧含量低于1ppm的氩气气氛中，按照化学通式为B0.03Mg3.17Sb1.5Bi0.49Te0.01的化学计量比称取B粉、Mg粉、Sb粉、Bi粉和Te粉。
7.根据权利要求4所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于步骤一中以球料比为1:1，放入不锈钢球封紧。
8.根据权利要求4所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于步骤二中在空气气氛中，将封紧的球磨罐置于高能球磨机中，在电机转速为1000转/分钟～1425转/分钟的条件下，高速球磨10h～12h。
9.根据权利要求4所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于步骤三中以升温速度为80K/min～100K/min，将温度升温至923K～1093K。
10.根据权利要求4所述的一种全温域高性能的n型Mg-Sb基热电材料的制备方法，其特征在于步骤三中在烧结温度为923K～1093K及压力为60MPa～70MPa的条件下，烧结2min～4min。
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