發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 16:46

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,人口的不斷增加以及工業(yè)化進(jìn)展的加快,能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)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(shù),熱電轉(zhuǎn)換就是有效途徑之一。熱電材料能夠?qū)崮芘c電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換,但由于材料轉(zhuǎn)換效率低,制備成本高昂,在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用受到了極大地限制。不過近年來石墨烯的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了各國科學(xué)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(yīng),與塊體相比,熱電性能更加優(yōu)異。硅作為微電子產(chǎn)業(yè)的支柱,制備技術(shù)成熟,那么對硅基納米材料熱電性能的研究,將更具實(shí)際應(yīng)用意義。本文采用密度泛函緊束縛(DFTB)結(jié)合非平衡格林函數(shù)(NEGF)的方法對兩種典型硅納米結(jié)構(gòu)(啞鈴狀硅烯納米帶及Si24納米線)的熱電性能進(jìn)行了深入研究,這些結(jié)果將為尋找高效的硅基熱電材料提供可靠的理論指導(dǎo)。文章主要研究內(nèi)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(yùn)性質(zhì)及熱電性能。我們的計(jì)算結(jié)果表明,啞鈴狀硅烯納米帶有良好的熱電性質(zhì)。其中,Z-DB-SNRs的聲子熱導(dǎo)隨著寬度的增加呈階梯狀增加的趨勢,這一獨(dú)特現(xiàn)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(dāng)溫度為600K時(shí),A-DB-SNRs(NA=4)的ZT值能達(dá)到2.34。2、基于光電與熱電技術(shù)結(jié)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(jì)算,結(jié)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(jì)算發(fā)現(xiàn)隨著摻雜濃度的增強(qiáng),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(dǎo)的分析發(fā)現(xiàn),聲子熱導(dǎo)的下降對它的提升起主導(dǎo)作用。而聲子熱導(dǎo)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(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(yīng)（Ｓｅｅｂｅｃｋｅｆｆｅｃｔ）。而后在１８３４年，法國科學(xué)家Ｐｅｌｔｉｅｒ逡逑發(fā)現(xiàn)了帕爾帖效應(yīng)（Ｐｅｌｔｉｅｒ邋ｅｆｆｅｃｔ）。基于這兩個(gè)效應(yīng)，人們發(fā)明了溫差發(fā)電機(jī)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(shù)轉(zhuǎn)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(jī)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(dǎo)體Ａ、Ｂ連接在一起，兩端接點(diǎn)處溫度為乃和�。�！逡逑電子擴(kuò)散的結(jié)果使一個(gè)導(dǎo)體失去電子帶正點(diǎn)，另一個(gè)導(dǎo)體得到電子帶負(fù)電，在接逡逑觸面形成電場，阻礙電子繼續(xù)擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，接觸區(qū)形成一個(gè)穩(wěn)定的逡逑電勢差，其數(shù)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(shí)，上式為線性關(guān)系，即Ｓ是常數(shù)，這個(gè)常數(shù)定義逡逑為材料的塞貝克系數(shù)，定義式為：逡逑Ｓ＝＾邐（⑶逡逑Ｓ的單位是Ｖ／Ｋ，它的大小與結(jié)點(diǎn)的溫度及兩種材料的特性有關(guān)。一般來說，當(dāng)逡逑載流子是電子時(shí)，低溫端為負(fù)，Ｓ是負(fù)值；載流子主要為空

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑和玻璃的低熱導(dǎo)，這樣的材料將具有更為優(yōu)異的熱電性質(zhì)。逡逑隨著近年來納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，納米熱電材料不論在理論還是實(shí)驗(yàn)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(yīng)，納米熱電材料的熱導(dǎo)極大降低。其次，納米材料提高了費(fèi)米能逡逑近的態(tài)密度，使得載流子的有效質(zhì)量增大，從而能夠增大材料的Ｓｅｅｂｅｃｋ系逡逑總的來說，納米結(jié)構(gòu)能夠顯著降低材料的聲子熱導(dǎo)率，同時(shí)又不會明顯降低逡逑的電導(dǎo)率，從而較大程度地提高了材料的熱電性能。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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

本文編號：2807859