國家統(tǒng)計局的最新數(shù)據(jù)表明,原煤等不可再生能源仍然是我國的主要能源。這些不可再生能源所釋放出來的污染物會造成嚴重的大氣污染,影響人們的身體健康,因此我們需要加速開發(fā)可再生清潔能源,熱電材料就是其中的一種,它可以直接實現(xiàn)電能和熱能之間的相互轉換。此外,由于我國超算技術逐漸位列國際領先水平,研究者越來越熱衷于通過理論計算來尋找新材料,同時預測材料的最優(yōu)性能。大量研究結果表明,層狀硫族化合物通常存在較低的晶格熱導率和優(yōu)異的電輸運性能。因此本文利用基于密度泛函理論和半經典玻爾茲曼輸運理論的第一性原理計算研究了三維層狀SnS和單層AuSe的熱電性能。低溫Pnma相SnS是禁帶寬度為0.878 eV的間接帶隙半導體,其電輸運和熱輸運均具有明顯的各向異性。計算結果顯示當溫度為750 K時,P型和N型SnS在a、b、c三個方向的ZT_max均是沿著a方向的值最大,大小分別為2.21和3.13。但是目前實驗上P型和N型SnS的ZT_max均低于理論值,這是因為SnS中的Sn空位使其載流子濃度偏低,而通常情況下我們采用元素摻雜來提升載流子濃度。因此,我們利用K、Ca、...

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 熱電效應
        1.2.1 Seebeck效應
        1.2.2 Peltier效應
        1.2.3 Thomson效應
        1.2.4 三種熱電效應間的關系
    1.3 無量綱熱電優(yōu)值ZT
    1.4 熱電材料的研究現(xiàn)狀
        1.4.1 熱電材料的總體概況
        1.4.2 SnS熱電材料的研究現(xiàn)狀
        1.4.3 AuSe熱電材料的研究現(xiàn)狀
    1.5 本論文的主要研究內容
第二章 理論計算基礎和相關軟件
    2.1 第一性原理
    2.2 Born-Oppenheimer近似
    2.3 Hartree-Fock近似
    2.4 密度泛函理論
        2.4.1 Hohenberg-Kohn定理
        2.4.2 Kohn-Sham方程
    2.5 玻爾茲曼輸運理論
        2.5.1 電子的玻爾茲曼輸運理論
        2.5.2 聲子的玻爾茲曼輸運理論
    2.6 形變勢理論
    2.7 本論文所采用的計算軟件
        2.7.1 VASP
        2.7.2 BoltzTraP
        2.7.3 Phonopy
        2.7.4 ShengBTE
第三章 三維純相SnS的熱電性能
    3.1 引言
    3.2 研究方法
    3.3 研究結果分析
        3.3.1 晶體結構
        3.3.2 電子性質
        3.3.3 電輸運性能
            3.3.3.1 電導率
            3.3.3.2 Seebeck系數(shù)
            3.3.3.3 功率因子
        3.3.4 聲子性質
        3.3.5 熱輸運性能
            3.3.5.1 電子熱導率
            3.3.5.2 晶格熱導率
        3.3.6 無量綱優(yōu)值ZT
    3.4 本章小結
第四章 摻雜對SnS電輸運性能的影響
    4.1 引言
    4.2 計算方法
    4.3 摻雜的晶體結構
    4.4 摻雜后的電子性質
        4.4.1 摻雜K的電子性質
        4.4.2 摻雜Ca的電子性質
        4.4.3 摻雜Ga的電子性質
        4.4.4 摻雜Ge的電子性質
        4.4.5 摻雜As的電子性質
        4.4.6 摻雜Se的電子性質
        4.4.7 摻雜Br的電子性質
    4.5 本章小結
第五章 單層純相AuSe的熱電性能
    5.1 引言
    5.2 研究方法
    5.3 研究結果分析
        5.3.1 晶體結構
        5.3.2 熱穩(wěn)定性
        5.3.3 電子性質
        5.3.4 電輸運性能
            5.3.4.1 電導率
            5.3.4.2 Seebeck系數(shù)
            5.3.4.3 功率因子
        5.3.5 聲子性質
        5.3.6 熱輸運性能
            5.3.6.1 電子熱導率
            5.3.6.2 晶格熱導率
        5.3.7 無量綱優(yōu)值ZT
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士期間取得的科研成果



本文編號：3848846