熱電材料是可以實(shí)現(xiàn)熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料,其在解決能源與環(huán)境問(wèn)題方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是,由于現(xiàn)有的熱電材料存在各種問(wèn)題,比如熱電轉(zhuǎn)化效率普遍偏低、很多材料含有有毒或昂貴元素、體系結(jié)構(gòu)熱力學(xué)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),使其不能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。二元硫族化合物是一類重要的功能材料,其中包括了多種高性能熱電材料。然而由于理論計(jì)算熱電性質(zhì)的復(fù)雜性和實(shí)驗(yàn)制備熱電材料的困難性,還有大量的二元硫族化合物的熱電性質(zhì)還沒有被理論和實(shí)驗(yàn)所研究過(guò)。因此,在本論文中,我們致力于發(fā)展高效評(píng)估材料熱電性能的方法,對(duì)所有二元硫族化合物的熱電性能進(jìn)行高通量計(jì)算,篩選得到新型高性能熱電材料,并對(duì)高性能熱電材料的物理機(jī)制進(jìn)行詮釋。主要研究?jī)?nèi)容如下:一、利用彈性性質(zhì)高效評(píng)估非簡(jiǎn)諧效應(yīng)強(qiáng)度和晶格熱導(dǎo)率:晶格熱導(dǎo)率（κl）計(jì)算的困難限制了高通量篩選高性能熱電材料的研究。為了減小晶格熱導(dǎo)率的計(jì)算量,基于非簡(jiǎn)諧效應(yīng)強(qiáng)度（Gruneisen參數(shù),γ）的定義,我們推導(dǎo)出了一種利用彈性性質(zhì)高效計(jì)算Y和κl的新方法。對(duì)于39種化合物,該方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相吻合,驗(yàn)證了該方法的合理性。該方法模型簡(jiǎn)單、計(jì)算方便、快速有效,可以用來(lái)高通... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：144 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?（ａ）和（ｂ）分別為Ｓｅｅｂｅｃｋ效應(yīng)和Ｐｅｌｔｉｅｒ效應(yīng)的示意圖??

?第１章緒論???處的溫度（ＴＤ高于Ｂ處的溫度（Ｔ２），即ＴＰＴ２，根據(jù)Ｓｅｅｂｅｃｋ效應(yīng)，回路中Ｒｌ??兩端將產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)，可以對(duì)供電，此時(shí)該器件為熱電發(fā)電器件；而當(dāng)器??件接通電源Ｅ時(shí)，在Ａ處電流將從ｎ型材料流向ｐ型材料，根據(jù)Ｐｅｌｔｉｅｒ效應(yīng)，??器件將在Ａ處吸熱，此時(shí)該器件為熱電制冷器件。利用該結(jié)構(gòu)示意圖，在忽略回??路中的接觸電阻的條件下，熱電器件的轉(zhuǎn)換效率可以被簡(jiǎn)單地評(píng)估出來(lái)。??Ａ?＿??Ｔ?ｊ??Ｎ?Ｐ?＾??圖１．２熱電器件的結(jié)構(gòu)示意圖??研宄中，假設(shè)ｎ型和ｐ型半導(dǎo)體材料的電阻、熱導(dǎo)、Ｓｅｅｂｅｃｋ系數(shù)和Ｐｅｌｔｉｅｒ??系數(shù)分別為Ｒｎ和Ｒｐ、ｋｎ和ｋｐ、ｓＮ和ｓＰ、ｎＮ和ｎＰ。對(duì)于熱電發(fā)電器件，其發(fā)??電效率（０）為器件產(chǎn)生的電能（Ｗ）與器件消耗的總熱能（Ｑ）之間的比值。在??器件接通負(fù)載Ｒｌ后（圖１．２），當(dāng)接觸點(diǎn)Ａ處的溫度高于Ｂ處的溫度時(shí)（ＴＰＴ２），??根據(jù)Ｓｅｅｂｅｃｋ效應(yīng)，回路中外接電阻（負(fù)載ＲＤ兩端產(chǎn)生的溫差電動(dòng)勢(shì)為??此時(shí)，回路中的電流為??ｊ?＿?（５ｐ－５Ａｆ）（ｒｉ－ｒ２）??Ｒｐ＋Ｒｎ＾－Ｒｌ??即器件的發(fā)電功率為??Ｗ?＝?Ｉ２Ｒｌ?＝?［ｆｃＭＺＷｋ）］２?Ｒ?（１．９）??在該回路中，除了流過(guò)外部負(fù)載的電流外，在熱電器件內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生大小為Ｉ的??電流。根據(jù)Ｐｅｌｔｉｅｒ效應(yīng)，器件在Ａ處（內(nèi)部電流的方向從ｎ型材料流向ｐ型材??料）會(huì)吸收一定的Ｐｅｌｔｉｅｒ熱，且單位時(shí)間內(nèi)吸收的Ｐｅｌｔｉｅｒ熱為??Ｑｐ?＝?ｎＰＷ，?＝?（ｎｐ?—?ｎｗ）／?（ｉ?ｉ〇）??根據(jù)Ｋｅｌｖｉｎ關(guān)系，??Ｒｐｎ?＝?ＳｐｎＴ＼?（Ｉ＇ｌｌ）??單位時(shí)間內(nèi)器件在Ａ

?第１章緒論???（ａ）?（ｂ）ｕ??ｒ，＝２９０ｌ￥??０．０４?．?■?■■?■?一－ｒ?■???????？?—?■￣￣—＾?１０??ｇ?８??Ｅ?０?０２????????２?ｅ?Ｘ??令?，?Ｊ６?／?？??００１?—７—－－?－?４??／?７＞２７〇Ｋ??〇〇?°－？?１?１４５?２５?３?３５?４?２??ＺｍＴｍ??０．５?１?１．５?２?２．５?３?３．５?４??ＺｍＴｍ??圖１．３?（ａ）當(dāng)高溫?zé)嵩礈囟葹椋矗埃?Ｋ，低溫?zé)嵩礈囟葹椋常叮?Ｋ時(shí)，熱電發(fā)電器件的最大發(fā)??電效率（也ｎ？）隨Ｉｎｋ的變化情況隊(duì)（ｂ）當(dāng)高溫端溫度為３００?Ｋ時(shí)，在不同低溫端溫度??下，熱電制冷器件的最大制冷效率隨無(wú)量綱熱電優(yōu)值（Ｚ＾Ｔｍ）的變化情況??從前面的討論中可知，在ｎ型和ｐ型半導(dǎo)體材料共同構(gòu)成的熱電器件中，器??件的ＺｍＴｍ越大，器件的效率越高。為了使器件的之７？值達(dá)到最大，根據(jù)２？１的定義，??可得，兩種材料的總電阻與總熱導(dǎo)的乘積［０＾?＋?＾＞）（仏＋??／〇〇］應(yīng)達(dá)到最小值。利用材料中電阻（／？）和熱導(dǎo)（／〇與電阻率（ｐ）、熱導(dǎo)率??（ｋ）、橫截面積ｕ）和長(zhǎng)度ａ）之間的關(guān)系??／？?＝?ｐｉ，?Ｋ?＝?ｋ＾?（１．２９）??可得，可表不為??（ｉ？Ｎ?＋?ＲＰ）（ＫＮ?＋?ＫＰ）?＝?（ｊ）Ｎ?＾?＋?Ｐｐ?｛ＫＮ￣ｊｆ＇＋?ｋｐ??＝ＰｎＫｎ?＋?ｐｐＫＰ?＋?＾；ＰｐＫＮ?＋?Ｔ＾；Ｐｎｋｐ?（１－３０）??當(dāng)（？＋心）（心＋心）最小時(shí)，令？義）］．＝〇，可以得到兩種半導(dǎo)體材??Ｏ＾ＬｐＡｊ＾／Ｌｆ＾Ａｐ）??料應(yīng)滿足??ＩｎＡｐ?＝?ｆＰＰ］Ｗ


本文編號(hào)：3576670