热电材料能够实现热能与电能之间的直接相互转换，在废热回收、固态制冷以及自供能电子系统等领域具有重要的应用前景。在众多热电材料体系中，n型Mg₃(Sb, Bi)₂ 基热电材料因其组成元素来源丰富、环境友好以及具有优异的热电性能等优点而受到广泛关注。与块体材料相比，对n型Mg₃(Sb, Bi)₂基薄膜材料的研究明显滞后，其制备条件与性能调控仍面临诸多挑战。该薄膜材料体系的发展主要受到以下两方面关键问题的制约：首先，多元镁基合金薄膜的成分协同调控难度较大。镁元素具有较高的饱和蒸气压，在制备薄膜过程中极易挥发，从而导致薄膜中形成大量镁空位缺陷。这些空位不仅破坏了材料的化学计量比，还会显著影响载流子输运行为，使得通过调控载流子浓度来优化热电性能变得十分困难。其次，n型Mg₃(Sb, Bi)₂薄膜材料的掺杂过程相较块体材料更具挑战性。受限于多元合金薄膜沉积过程中的不稳定性，掺杂元素的浓度及其空间分布难以精确控制，从而严重制约了薄膜热电性能的进一步提升。

近期，针对上述关键科学问题，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心的邰凯平研究员带领团队提出了一种基于双缺陷工程的调控策略，采用多靶磁控共溅射技术成功制备高性能n型Mg₃(Sb, Bi)₂基热电薄膜。通过在沉积过程中引入过量镁元素，有效抑制了镁空位的形成，为实现稳定 n 型导电行为提供了有利条件；同时，通过调控碲（Te）对铋（Bi）的部分取代，引入额外电子以实现载流子浓度的精细调节。基于该协同调控策略，制备的 n 型 Mg_3.15Bi_1.46Sb_0.5Te_0.04 薄膜在 525 K 时获得了 0.47 的峰值热电优值（zT），其性能相较于 p 型 Mg₃(Sb, Bi)₂薄膜提升了 114%。与此同时，构建了全 Mg 基热电薄膜器件，该器件在 120 K 的温差条件下实现了 73 mV 的输出电压和 1185 μW cm^-2 的高功率密度，验证了该薄膜材料体系在微型热电器件中的应用潜力。

相关成果于2026年2月11日以“Dual-defect engineering enables enhanced thermoelectric performance in n-type Mg₃Bi_1.5Sb_0.5 thin films”为题发表在《Acta Materialia》。金属所博士研究生冉宜骏为论文第一作者，邰凯平研究员和于治副研究员为论文的共同通讯作者。该研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省重点研发计划和沈阳材料科学国家研究中心专项基金的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122012

图1. N型Mg₃(Sb, Bi)₂薄膜制备示意图以及p/n转变原理图

图2. N型Mg₃(Sb, Bi)₂和P型Mg₃(Sb, Bi)₂薄膜能带结构对比（上：实际表征结果；下：DFT计算结果）

图3. N型（a-d）和P型（e-f）Mg₃(Sb, Bi)₂薄膜微观结构表征对比

图4. N型Mg₃(Sb, Bi)₂薄膜电学性能表征

图5. 全Mg基薄膜器件制备流程（a）以及发电性能表征（b-d）