多孔氮化石墨烯納米結(jié)構(gòu)的熱電性質(zhì)

發(fā)布時間：2020-06-29 21:07

【摘要】：隨著石墨烯的成功制備,關(guān)于二維納米材料的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。相比于傳統(tǒng)塊體材料,二維納米材料具有許多優(yōu)異的性能,特別是在熱電領(lǐng)域。熱電材料作為解決能源危機的有效手段,它能夠直接轉(zhuǎn)化熱能和電能,其轉(zhuǎn)化效率可以通過無量綱的ZT值來衡量。因此,研究二維納米材料的熱電性質(zhì)具有十分重要的意義。最近,實驗上制備了一種新型二維材料多孔氮化石墨烯(C2N)納米結(jié)構(gòu)。C2N具有與石墨烯類似的蜂窩狀結(jié)構(gòu),而且它的熱導(dǎo)要比石墨烯更低,這說明C2N將會是極具潛力的熱電材料。在本文中,我們系統(tǒng)地研究了不同寬度以及不同邊緣的C2N納米帶的熱電性質(zhì),并提出了兩種提高C2N納米帶熱電性質(zhì)的有效手段,我們的研究結(jié)果可為制造高性能的熱電器件提供有益的理論指導(dǎo)。本文主要內(nèi)容如下:1.我們采用非平衡格林函數(shù)方法計算了不同寬度以及不同邊緣的C2N納米帶的熱電性質(zhì)。鋸齒型C2N納米帶的熱電性質(zhì)幾乎不隨寬度的變化而改變,電子傳輸和空穴傳輸?shù)腪T值分別為0.75和0.2;對于扶手型C2N納米帶,由于電子透射系數(shù)和電導(dǎo)的不規(guī)則增長率,電子傳輸?shù)腪T值呈現(xiàn)出震蕩變化,而空穴傳輸?shù)腪T隨著寬度逐漸減小,其電子和空穴傳輸?shù)臏?zhǔn)穩(wěn)定熱電品質(zhì)因子值約為0.6和0.2。與石墨烯納米帶(熱電品質(zhì)因子在室溫下約為0.05)相比,C2N納米帶(特別是鋸齒型C2N納米帶)更適合于碳基熱電材料。2.我們采用非平衡格林函數(shù)方法研究了扭結(jié)型C2N納米帶的熱電性質(zhì)。我們發(fā)現(xiàn),扭結(jié)型C2N納米帶的ZT值總是大于完美的C2N納米帶。扭結(jié)型C2N納米帶對于電子傳輸?shù)淖畲骦T值為1.5,大約是完美的C2N納米帶ZT值的兩倍。導(dǎo)致ZT值增大的主要原因是塞貝克系數(shù)的增大和熱導(dǎo)的降低。計算結(jié)果表明,適當(dāng)?shù)呐そY(jié)型結(jié)構(gòu)可大大提高ZT值。3.我們采用非平衡格林函數(shù)方法研究了嵌有菱形量子點的鋸齒型C2N納米帶的熱電性能。當(dāng)菱形量子點的長度固定時,電子傳輸?shù)腪T值隨寬度的變化并不明顯,而空穴傳輸?shù)腪T值隨著寬度的增加而減小。此外,無論是電子傳輸還是空穴傳輸,長度較短的量子點總是具有更好的熱電性能,電子傳輸?shù)腪T值總是高于空穴傳輸?shù)腪T值。計算結(jié)果表明,菱形量子點的嵌入是提高C2N納米帶熱電性能的一種有效方法。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB383.1
【圖文】：

全球能源,能源

１．１引言逡逑１．１．１研究背景逡逑隨著社會的進步和工業(yè)的發(fā)展，人們的生活水平也在提高。正如圖１．１所示，逡逑人們對能源的需求也越來越大。傳統(tǒng)的能源主要包括煤炭、石油、天然氣等礦物質(zhì)逡逑能源。盡管這些礦物質(zhì)能源為人們的生活提供了便利，但它們的缺點也不容忽視：逡逑第一，這些礦物質(zhì)能源的儲備極其有限，其價格也隨之水漲船高，加重了人們的生逡逑活負擔(dān)；第二，化石燃料燃燒后的排放物對環(huán)境的污染也十分嚴重，例如近年來的逡逑霧霾天氣，對人們健康的危害極大；第三，能源的利用率低下也是一個迫在眉睫的逡逑問題，大部分的能源以廢熱的形式耗散掉；第四，再生周期長，石油需要至少２００逡逑萬年才會產(chǎn)生，而煤的產(chǎn)生至少需要０．４億年。我國的國土面積雖然很大，但人口逡逑基數(shù)有十幾億，能源短缺的問題依然不容忽視。因此，能源危機并非遙不可及。逡逑Ｗｏｒｌｄ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｆｏｒｅｃａｓｔ

能源,礦物質(zhì),石油,能源短缺