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热电发电是利用半导体材料的塞贝克效应将热能和电能进行直接转换的技术。热电转换效率主要取决于材料的无量纲性能指数ZT=S2σT/κ。高性能热电半导体材料要求具有良好的电传输性能和低的热导率。Sr8Ga16Ge30基I型clathrate化合物具有笼状的框架晶体结构，合适的碱土金属或稀土金属原子可以填充到其笼状的空隙中。填充原子作为新的散射中心，对声子产生强烈的散射，大幅度降低晶格热导率；另一方面，电子通过框架进行传输，受填充原子散射的影响很小。因此该类化合物具有极低的热导和优良的电性能，是一种极具发展潜力的新型热电材料。但Sr8Ga16Ge30化合物纯相的合成极其困难；而且目前对性能的影响因素还没有系统的研究。纯相Sr8Ga16Ge30基I型clathrate化合物的制备，框架原子比例、框架原子空位、双填充以及掺杂对热电性能的影响规律，是本论文研究的关键问题。
主要研究内容如下：
笔者采用在惰性气体填充的封闭有限空间里熔融的方法，制备了一系列不同原料配比的化合物，采用SPS烧结成块体，利用XRD、BSI和EPMA对所得的块体进行物相和成分分析，最终确定了可以获得高纯目标产物Sr8Ga16-xGe30-y的Sr、Ga和Ge的配料比为9.6:18:30，在此基础上，适当提高Ga的含量或者降低Ge的含量亦可以得到纯相化合物。
在上述制备纯相Sr8Ga16-xGe30-y所需的原料配比范围内，选取不同原料配比获得Ga/Ge比范围为0.464～0.517的纯相样品。测试了化合物的载流子浓度、电阻率、塞贝克系数和热导率。因为Ga比Ge少一个电子，随着Ga/Ge比减小，霍尔系数绝对值减小，对应于载流子浓度的增大，电导率增大，塞贝克系数绝对值减小，ZT值先增大后减小。Ga/Ge比为0.481的样品，在650K时，获得了本组样品中的最大ZT值0.87，为目前Sr8Ga16-xGe30-y所报道的最高值。
高分辨透射电镜实验图与6c空位模式下的模拟计算高分辨透射电镜图相符合，表明了样品中6c位置存在空位。空位的存在导致样品较之文献值具有低载流子浓度、大电阻率、大有效质量和低热导率。迁移率与温度的依赖关系揭示了材料的载流子散射机制在30K以下为中性杂质散射，室温附近为合金散射。低温下热导与温度成线性关系，表明了电声散射模式的存在。
合成(Sr，Ba)8Ga16Ge30 I型clathrate化合物时，按照Sr7Ba5Ga20Ge30配料，所得的化合物为两相；在此基础上进一步加大配料中Ba的含量，获得了单相的clathrate化合物。随着Sr配量的增大，(Sr+Ba)/(Ga+Ge)比例增大，Ga/Ge比例减小，说明Sr的存在会造成框架空位程度提高以及Ga的大量损耗。框架空位的增大使得小带隙Sr8Ga16Ge30的电导率比大带隙Ba8Ga16Ge30的电导率低；而Ga的大量损耗造成大的Ga/Ge比例的样品无法获得，因此目前p型的Sr8Ga16Ge30还没有获得。