【摘要】：經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和環(huán)境的嚴(yán)重破壞使得全世界對(duì)能源的生產(chǎn),保護(hù)和管理的需求越來越強(qiáng)烈也促使人類尋找更有效的發(fā)電手段。一個(gè)潛在的電力來源是通過使用熱電材料將熱源轉(zhuǎn)換成電力。熱電材料具有可以把熱源轉(zhuǎn)化為電力的功能,應(yīng)用這一特點(diǎn),人們可以把社會(huì)生產(chǎn)中大量被白白浪費(fèi)掉的余熱回收。不過截止到現(xiàn)在的熱電材料的轉(zhuǎn)換效率都是很低的,導(dǎo)致其在實(shí)際的生活和生產(chǎn)中不能大范圍的推廣。因此,尋找具有新穎物理性質(zhì)的新熱電材料以及提高目前已知的材料熱電效率是實(shí)現(xiàn)高熱電性能的必要活動(dòng)。本論文基于第一性原理研究了雙軸拉伸應(yīng)變對(duì)五邊形石墨烯和氮修飾多孔石墨烯(C_2N-h2D)兩種熱電材料的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)。兩種材料的熱電性能是在半經(jīng)典玻爾茲曼理論下被充分計(jì)算分析。下面是論文的內(nèi)容概括:(1)研究了五邊形石墨烯的熱電性能被雙軸拉伸應(yīng)變調(diào)控時(shí)的情況。我們從計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過雙軸拉伸應(yīng)變使(38)-X之間的能量最高價(jià)帶曲線比無應(yīng)變情況時(shí)更加彎曲。預(yù)示著有效質(zhì)量的減少,表明熱電性能會(huì)提高。隨著雙軸拉伸應(yīng)變依次為0%,4%,8%,11%,12%,n型賽貝克系數(shù)表現(xiàn)為先增加后減小,在拉伸應(yīng)變?yōu)?1%時(shí)出現(xiàn)最大值。五邊形石墨烯的p型體系的電導(dǎo)率以及最大功率因子都是先顯著增加后減少。在11%的雙軸拉伸應(yīng)變下,功率因子獲得最大值,且是非應(yīng)變情況的16.1倍。與功率因子類似,拉伸應(yīng)變使p型系統(tǒng)的zT值也是先提高后降低。(2)研究了雙軸拉伸應(yīng)變對(duì)氮修飾多孔石墨烯熱電性能的影響。從氮修飾多孔石墨烯的能帶結(jié)果觀察到,無拉伸應(yīng)變作用時(shí),氮修飾多孔石墨烯帶隙值是1.665 eV。在雙軸拉伸應(yīng)變下,氮修飾多孔石墨烯的帶隙逐漸縮小。在雙軸拉伸應(yīng)變?yōu)?%時(shí),費(fèi)米面附近的最高價(jià)帶要比未應(yīng)變時(shí)的彎曲,表明有效質(zhì)量的減少,預(yù)示著熱電性能會(huì)提高。另一方面,對(duì)于無應(yīng)變的氮修飾多孔石墨烯,我們?cè)敿?xì)探索分析了溫度對(duì)其調(diào)控時(shí)的情況。從研究結(jié)果觀察到,無應(yīng)變氮修飾多孔石墨烯的塞貝克系數(shù)對(duì)溫度非常敏感。在被研究的溫度范圍內(nèi),當(dāng)溫度上升時(shí)塞貝克系數(shù)表現(xiàn)出降低的現(xiàn)象。另外,得到的n型無應(yīng)變氮修飾多孔石墨烯的電導(dǎo)率與弛豫時(shí)間比峰值比p型無應(yīng)變氮修飾多孔石墨烯的要大得多。我們還探索到,電子熱導(dǎo)率與弛豫時(shí)間比在給定溫度范圍內(nèi)與溫度呈正相關(guān)性。我們注意到n型功率因子與弛豫時(shí)間比幾乎是p型功率因子與弛豫時(shí)間比的四倍。且溫度的升高也可使功率因子與弛豫時(shí)間比有變大的趨勢(shì)。而當(dāng)有拉伸應(yīng)變作用于氮修飾多孔石墨烯時(shí),在化學(xué)勢(shì)為-0.5 eV~1.5 eV的范圍內(nèi),p型賽貝克系數(shù)卻和n型賽貝克系數(shù)峰值類似表現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。氮修飾多孔石墨烯的電導(dǎo)率與弛豫時(shí)間比值隨拉伸應(yīng)變的增加而增加。當(dāng)給予8%,12%的拉伸應(yīng)變時(shí),氮修飾多孔石墨烯的功率因子和弛豫時(shí)間的比值都降低。但是,當(dāng)拉伸應(yīng)變?yōu)?%時(shí),未應(yīng)變時(shí)的值要小于此時(shí)應(yīng)變狀態(tài)下的功率因子與弛豫時(shí)間比。從本論文的研究可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)變能有效對(duì)兩種材料的熱電性能進(jìn)行調(diào)控。這些工作對(duì)實(shí)驗(yàn)上以及理論方面尋找更有效的方法提升材料的熱電性能提供了途徑。
【圖文】：

第 1 章 緒論理論eebeck)效應(yīng)的導(dǎo)體或者是半導(dǎo)體使他們之間產(chǎn)生溫度差異壓差，人們把這樣的一個(gè)情況命名為塞貝克（一熱電效應(yīng)。塞貝克（Seebeck）效應(yīng)是在 182當(dāng)時(shí)，，他將兩個(gè)不一樣的金屬導(dǎo)線連在一起，這個(gè)封閉的回路體旁邊放置一個(gè)小磁針。當(dāng)給接2 的溫度低于接觸點(diǎn) 1 的溫度時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這是因?yàn)闇囟壬呤菇Y(jié)點(diǎn) 1 處節(jié)點(diǎn) 2 處。從而使回路中產(chǎn)生了電流[11]。

納米級(jí)別的薄膜材料由于非常成熟的加工技術(shù)使得其易于得到，而且好的配置在其他的器件里，另外，我們還能夠輕易的控制它的加工過這些優(yōu)良的性能讓研究薄膜材料制造成的熱電器件成為當(dāng)今科學(xué)界我們一般在基底上培養(yǎng)薄膜。我們培養(yǎng)的薄膜的晶格常數(shù)和基底的晶確保不能相同，這樣就可以使基底與薄膜間呈現(xiàn)出晶格失配的效果，是為了讓基底在兩者的接觸面對(duì)薄膜產(chǎn)生應(yīng)變。從圖 1.2(a)中能發(fā)現(xiàn)基底晶格常數(shù)小于薄膜晶格常數(shù)，可以使薄膜中出現(xiàn)壓縮應(yīng)變的現(xiàn)象1.2(b)中能發(fā)現(xiàn)，與圖 1.2(a)時(shí)的基底和晶格常數(shù)的關(guān)系相反，可以使中出現(xiàn)拉伸應(yīng)變的現(xiàn)象。由此大家可以發(fā)現(xiàn)，如果要想得到具有著良效率的薄膜材料，就可以讓晶格常數(shù)的基底不一樣。使用靈活多樣的節(jié)材料的熱電性能，是一個(gè)非�？尚械霓k法。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 石清鋒;第一性原理研究Sr_3GaSb_3、A_3AlSb_3(A=Ca,Sr)和Sr_5Al_2Sb_6的結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和熱電性質(zhì)[D];河南大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2681752