對于較高溫度范圍的應(yīng)用,熱電器件需要無機材料。使用塊狀無機材料制造的商業(yè)熱電裝置的主要問題之一是其機械柔韌性差。因此,將無機材料制備成薄膜形式,基于低維材料的薄膜熱電,這是很有前途的選擇。目前BNNR熱電性能相文獻對與BNNR熱電的研究尚未有一個明確的量化結(jié)果。對于采用不同方法的研究工作來說,由于數(shù)據(jù)來源不同,處理方式各異,導(dǎo)致最后得到的結(jié)果差距很大,對BN納米材料的熱電優(yōu)值不能給出一個較為準確的結(jié)果,對BNNR等準一維納米材料熱電性能的研究目前還需要后續(xù)的研究工作來補充目前的不足。本文結(jié)合實驗室實際制備氮化硼納米帶的樣品,建立多種氮化硼納米帶的超晶胞模型,通過第一性原理仿真分析軟件對其熱電性能進行理論研究,為納米級熱電器件發(fā)展提供參考。該研究基于第一性原理分析對雙層邊緣氫化不同手性的BNNR進行了熱電輸運性能分析,結(jié)果表明ABNNR有著較高的熱電優(yōu)值,通過制成不同規(guī)格的納米薄膜可用于一定溫差范圍的溫差發(fā)電,相較于體材料是一種比較優(yōu)良的柔性熱電材料。而ZBNNR的ZT值相對體材料沒有較大優(yōu)勢,但其化學(xué)勢的響應(yīng)范圍廣泛。通過碳、氧摻雜改性后可以制備出P型熱電材料,與ABNNR混合可制成更... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

用于a）發(fā)電（塞貝克效應(yīng)）和b）主動制冷（珀耳帖效應(yīng)）的TE模塊的示意圖

撲狀態(tài)[11]。這些機制體現(xiàn)了理解和操縱TE材料中電荷，晶格，軌道和自旋度之間的相互作用的當前狀態(tài)。許多策略成功地應(yīng)用于各種材料，例如V2VI3化合物，填充和包合物，類金剛石結(jié)構(gòu)化合物，氧化物和混合陰離子氧化物，硅化物，過渡金屬硫?qū)僭鼗锖陀袡C材料[11]。同時，發(fā)展迅速的材料合成和加工技術(shù)，例如熔體紡絲，自持加熱合成和現(xiàn)場輔助燒結(jié)，有助于達到更廣泛的應(yīng)用空間。熱電材料的這些進步確保了TE器件作為滿足我們?nèi)蚰茉葱枨蟮慕鉀Q方案的一部分發(fā)揮著重要作用，TE設(shè)備興起以來的經(jīng)典TE材料發(fā)展狀況如下圖1-2所示。圖1-2幾種典型TE材料族的最大ZT值的時間線。2016年，武漢理工大學(xué)的研究者在材料合成與加工先進技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)出具有多尺度架構(gòu)的高效TE材料[12]。利用從原子和分子尺度到納米尺寸的不同尺寸方面的微觀電子結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)TE性能-即ZT值的優(yōu)化。描述了兩個集成發(fā)電TE系統(tǒng)的設(shè)計，太陽能熱電-光伏混合系統(tǒng)和車輛廢熱收集系統(tǒng)來展現(xiàn)熱能在能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中最重要的應(yīng)用。他們提出了解電子和聲子通過不同晶格結(jié)構(gòu)時的傳輸行為是調(diào)節(jié)TE特性和探索新型先進TE材料的關(guān)鍵這一想法。使用非平衡制備方法，如熔體紡絲和燃燒合成，提供了一種快速有效的方法來實現(xiàn)多尺度微結(jié)構(gòu)，這有利于合理調(diào)整電子和聲子傳輸過程，改善TE材料無量綱的品質(zhì)因數(shù)ZT，它是控制TE轉(zhuǎn)換效率重要參數(shù)。2017年意大利學(xué)者GiulianoBenenti介紹用于了描述穩(wěn)態(tài)流動的一些理論和各種介觀或納米級系統(tǒng)[13]。討論了不同的理論，這些理論可以考慮介觀和納米尺度物理的不同方面，相干量子傳輸，磁場誘導(dǎo)效應(yīng)（包括量子霍爾效應(yīng)等拓撲結(jié)構(gòu)）和單電子充電效應(yīng)。它討論了熱電轉(zhuǎn)換的效率和熱電的品質(zhì)因數(shù)。更具體地說，

�。该研�?表明，致密晶格位錯（≈4×1012cm-2）在降低晶格熱導(dǎo)率方面特別有效。當位錯濃度最大化時，實現(xiàn)了針對PbTe報告的最低晶格熱導(dǎo)率值之一。此外，在合金的帶收斂3％的情況下，EuTe的電子性能得到提高，并且實現(xiàn)了高熱電品質(zhì)因數(shù)ZT≈2.2。這項工作不僅證明了致密晶格位錯作為降低晶格熱導(dǎo)率的手段的有效性，而且證明了在設(shè)計高性能熱電材料時同時設(shè)計熱和電子傳輸?shù)闹匾�。南京理工大學(xué)的重點實驗室在2018年，研究設(shè)計出超高ZT值的SnSe晶體結(jié)構(gòu)，并采用簡便，經(jīng)濟的水熱合成方法成功地制造出高性能的多晶SnSe如圖1-3所示[15]。在研究中發(fā)現(xiàn)當Sn空位被引入SnSe基質(zhì)中時，多晶Sn1-xSe樣品中σ和賽貝克系數(shù)都顯著增強。同時根據(jù)密度泛函理論計算結(jié)果數(shù)據(jù)的詳細分析表明，載流子濃度的增加可歸因于Sn空位誘導(dǎo)的費米能級降檔以及空位態(tài)和價帶之間的相互作用。此外，空位破壞了平移對稱性，從而增強了聲子散射，導(dǎo)致了超低的導(dǎo)熱性。實現(xiàn)了利用協(xié)同優(yōu)化多晶SnSe的電傳輸和熱傳輸性質(zhì)來制備這種高ZT值2.1的TE器件。這項工作表明，人為引入空位是一種很有前途的策略，可以同時優(yōu)化電氣和熱傳輸特性來提高熱電性能。我們證明了載流子濃度通過人為引入Sn空位而增加，從而顯著提高了導(dǎo)電率和熱電功率因數(shù)。多晶SnSe的ZT值大量增加可以加速該材料在高效固態(tài)熱電器件中的實際應(yīng)用。圖1-3多晶Sn1-xSeZT值對的溫度依賴性愛爾蘭利默里克大學(xué)伯納爾研究所物理系NiallDalton等人于2019年使用靜電紡絲生產(chǎn)了衍生自聚丙烯腈和木質(zhì)素混合物的生物碳基納米纖維（CNF）。隨


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