能源危機(jī)和環(huán)境污染是人類面臨的重大挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題,一種將熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的熱電材料研究受到了廣泛關(guān)注。衡量熱電材料能量轉(zhuǎn)換效率的指標(biāo)為無量綱的熱電優(yōu)值ZT=S2σT/（κl+κe）,其中S、σ、T、κL和κe分別是材料的Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、絕對溫度、晶格熱導(dǎo)率和電子熱導(dǎo)率。ZT值越大,材料的熱電性能就越好。然而Seebeck系數(shù)S、電導(dǎo)率σ和電子熱導(dǎo)率κe往往都會(huì)相互耦合在一起,導(dǎo)致長期以來ZT值難以有明顯的提升。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明,低維體系的熱電性能要優(yōu)于相應(yīng)的塊體材料。一方面是因?yàn)榈途S體系中的量子限制效應(yīng)可以增加費(fèi)米能級附近的態(tài)密度從而提高Seebeck系數(shù);另一方面是低維材料中增大的表面積增加了聲子的界面散射從而降低了晶格熱導(dǎo)率κL�；谶@方面原因,本文首先研究了 MoS2納米帶、PbTe片層以及Bi2Te3/PbTe異質(zhì)結(jié)等低維體系的熱電性質(zhì)。我們還對最近幾年受到廣泛關(guān)注的塊體熱電材料BiCuSeO的電、熱輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了深入分析和理解。此外,以SiGe化合物為例,我們還考察了電聲耦合對晶格熱導(dǎo)率的修正,并進(jìn)一步考察了其對材料熱電性能的影響。本文的主要內(nèi)容如... 

【文章來源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１熱電效應(yīng)示意圖

為熱電器件。根據(jù)Ｓｅｅｂｅｃｋ效應(yīng)和Ｐｅｌｔｉｅｒ效應(yīng)可知，熱電材料既可用來發(fā)電，也提供??了一種新的制冷途徑。在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往將ｐ型和《型熱電材料組合起來，形成??一個(gè)；ｒ型的結(jié)構(gòu)，如圖１．２所示。熱電器件具備結(jié)構(gòu)簡單、無噪音、無磨損等特點(diǎn)，且??３??

＇??上式中，７；和７；表示材料的髙溫端和低溫端的溫度，Ｚ７＿為材料在工作溫度范圍內(nèi)的??平均Ｚ７＼圖１．３給出了熱電器件低溫端在３００?Ｋ，高溫端在３５０?Ｋ下熱電發(fā)電過程的能??量轉(zhuǎn)換效率。可以看到，ｚｒ值越大材料的熱電轉(zhuǎn)換效率就越高，這是非常合理的。我??們可以發(fā)現(xiàn)Ｓｅｅｂｅｃｋ系數(shù)越高，材料兩端在相同溫差的情況下獲得的電勢差就越大；而??高的電導(dǎo)率使得載流子在材料中能夠更快的移動(dòng)，從而提高材料的熱電功率；最后熱導(dǎo)??率越低就更能使得材料兩端保持較大的溫差，從而具有較大的電勢差。有研究表明，如??果熱電材料的ＺＴ能夠達(dá)到３．０，那么其能量轉(zhuǎn)換效率就能夠與傳統(tǒng)的發(fā)電和制冷技術(shù)??相媲美。??０．０６?－Ｊ?＞?１?１?１?．?１?．???０．０５－?＾＾００００：??Ｉ０－０４＇??鵲?０．０３－?－??＿?，??￥０．０２－?Ｗ?－??０．０１?－?Ｊｒ??０．００?兄￣￣＿?１?■?，???


本文編號：3452505