發(fā)布時間：2020-08-28 16:46

　　 隨著科學技術的飛速發(fā)展,人口的不斷增加以及工業(yè)化進展的加快,能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴峻。為了解決這些問題,人們迫切需要尋找到高效、低污染的新能源技術,熱電轉換就是有效途徑之一。熱電材料能夠將熱能與電能進行直接轉換,但由于材料轉換效率低,制備成本高昂,在實際生產生活中的應用受到了極大地限制。不過近年來石墨烯的發(fā)現引發(fā)了各國科學家們對納米熱電材料研究的熱潮。納米材料由于具有更大的晶面與量子限制效應,與塊體相比,熱電性能更加優(yōu)異。硅作為微電子產業(yè)的支柱,制備技術成熟,那么對硅基納米材料熱電性能的研究,將更具實際應用意義。本文采用密度泛函緊束縛(DFTB)結合非平衡格林函數(NEGF)的方法對兩種典型硅納米結構(啞鈴狀硅烯納米帶及Si24納米線)的熱電性能進行了深入研究,這些結果將為尋找高效的硅基熱電材料提供可靠的理論指導。文章主要研究內容如下:1、我們研究了扶手椅型啞鈴狀硅烯納米帶(A-DB-SNRs)和鋸齒型啞鈴狀硅烯納米帶(Z-DB-SNRs)的電子、聲子輸運性質及熱電性能。我們的計算結果表明,啞鈴狀硅烯納米帶有良好的熱電性質。其中,Z-DB-SNRs的聲子熱導隨著寬度的增加呈階梯狀增加的趨勢,這一獨特現象可以通過分析其聲子態(tài)密度獲得解釋。此外,我們還探究了溫度對啞鈴狀硅烯納米帶的影響,隨著溫度的增加,它們的ZT值將逐步提升,當溫度為600K時,A-DB-SNRs(NA=4)的ZT值能達到2.34。2、基于光電與熱電技術結合的目的,我們還研究了 Si24納米線的熱電性能。通過對不同晶相Si24納米線熱電性能的計算,結果表明[010]晶向的Si24納米線具有較高的ZT值。此外,我們探討了 Ge原子摻雜對[010]晶向Si24納米線的熱電性能影響。計算發(fā)現隨著摻雜濃度的增強,Si24納米線的熱電性能逐漸提升,通過對其功率因子和聲子熱導的分析發(fā)現,聲子熱導的下降對它的提升起主導作用。而聲子熱導的下降是由于摻雜破壞了 Si24納米線的聲子傳輸通道,引起了聲子的散射,聲子的透射遭到削弱所致。
【學位單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ127.2;TB383.1
【部分圖文】：

將存在磁場，即塞貝克效應（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）。而后在１８３４年，法國科學家Ｐｅｌｔｉｅｒ逡逑發(fā)現了帕爾帖效應（Ｐｅｌｔｉｅｒ邋ｅｆｆｅｃｔ）�；谶@兩個效應，人們發(fā)明了溫差發(fā)電機和逡逑熱電制冷器［５，６］，它們的工作原理如圖１－１所示。但目前來說，熱電技術轉換效逡逑３邋＾邋ｂ邋Ｊ１逡逑ｆ邐ｍｍ邋］邋ｆ邋ｍｍｍｍ邋ｍｓｍｍ）逡逑麗W邋ｐ＿＿ｆ逡逑Ｈｅａｔ？邋ｎｋ邐Ｈｅａｔ邋ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ逡逑ｌ邐邋Ｃｕｒｒｅｍ？ｇｗ，／Ｊ邋Ｌ逡逑Ｐｏｗｅｒ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅ邐Ａｃｔｉｖｅ邋ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ邋ｍｏｃｔｅ逡逑圖１．１邋（ａ）溫差發(fā)電機的工作原理邐（ｂ）熱電制冷器的工作原理逡逑１逡逑

Ｔｉ邋ｉ邐＊Ｔ２逡逑圖１．２導體Ａ、Ｂ連接在一起，兩端接點處溫度為乃和丁：！逡逑電子擴散的結果使一個導體失去電子帶正點，另一個導體得到電子帶負電，在接逡逑觸面形成電場，阻礙電子繼續(xù)擴散，當達到動態(tài)平衡時，接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的逡逑電勢差，其數值為：逡逑Ｖ邋＝邋Ｓ－（Ｔ１－邋Ｔ２）邐（１－１）逡逑在溫差４７＝７＾－：＾不是很大時，上式為線性關系，即Ｓ是常數，這個常數定義逡逑為材料的塞貝克系數，定義式為：逡逑Ｓ＝＾邐（⑶逡逑Ｓ的單位是Ｖ／Ｋ，它的大小與結點的溫度及兩種材料的特性有關。一般來說，當逡逑載流子是電子時，低溫端為負，Ｓ是負值；載流子主要為空

湘潭大學碩士學位論文邐逡逑和玻璃的低熱導，這樣的材料將具有更為優(yōu)異的熱電性質。逡逑隨著近年來納米技術的蓬勃發(fā)展，納米熱電材料不論在理論還是實驗方面都逡逑較大的研究空間。首先，納米材料相比于塊體材料具有更大的界面，并且由逡逑子限域效應，納米熱電材料的熱導極大降低。其次，納米材料提高了費米能逡逑近的態(tài)密度，使得載流子的有效質量增大，從而能夠增大材料的Ｓｅｅｂｅｃｋ系逡逑總的來說，納米結構能夠顯著降低材料的聲子熱導率，同時又不會明顯降低逡逑的電導率，從而較大程度地提高了材料的熱電性能。逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 喬麗;我國城市化進程中的能源與環(huán)境問題分析[J];臨沂師范學院學報;2004年06期

本文編號：2807859