多孔氮化石墨烯纳米结构的热电性质

发布时间：2020-06-29 21:07

【摘要】：随着石墨烯的成功制备,关于二维纳米材料的研究引起了人们的广泛关注。相比于传统块体材料,二维纳米材料具有许多优异的性能,特别是在热电领域。热电材料作为解决能源危机的有效手段,它能够直接转化热能和电能,其转化效率可以通过无量纲的ZT值来衡量。因此,研究二维纳米材料的热电性质具有十分重要的意义。最近,实验上制备了一种新型二维材料多孔氮化石墨烯(C2N)纳米结构。C2N具有与石墨烯类似的蜂窝状结构,而且它的热导要比石墨烯更低,这说明C2N将会是极具潜力的热电材料。在本文中,我们系统地研究了不同宽度以及不同边缘的C2N纳米带的热电性质,并提出了两种提高C2N纳米带热电性质的有效手段,我们的研究结果可为制造高性能的热电器件提供有益的理论指导。本文主要内容如下:1.我们采用非平衡格林函数方法计算了不同宽度以及不同边缘的C2N纳米带的热电性质。锯齿型C2N纳米带的热电性质几乎不随宽度的变化而改变,电子传输和空穴传输的ZT值分别为0.75和0.2;对于扶手型C2N纳米带,由于电子透射系数和电导的不规则增长率,电子传输的ZT值呈现出震荡变化,而空穴传输的ZT随着宽度逐渐减小,其电子和空穴传输的准稳定热电品质因子值约为0.6和0.2。与石墨烯纳米带(热电品质因子在室温下约为0.05)相比,C2N纳米带(特别是锯齿型C2N纳米带)更适合于碳基热电材料。2.我们采用非平衡格林函数方法研究了扭结型C2N纳米带的热电性质。我们发现,扭结型C2N纳米带的ZT值总是大于完美的C2N纳米带。扭结型C2N纳米带对于电子传输的最大ZT值为1.5,大约是完美的C2N纳米带ZT值的两倍。导致ZT值增大的主要原因是塞贝克系数的增大和热导的降低。计算结果表明,适当的扭结型结构可大大提高ZT值。3.我们采用非平衡格林函数方法研究了嵌有菱形量子点的锯齿型C2N纳米带的热电性能。当菱形量子点的长度固定时,电子传输的ZT值随宽度的变化并不明显,而空穴传输的ZT值随着宽度的增加而减小。此外,无论是电子传输还是空穴传输,长度较短的量子点总是具有更好的热电性能,电子传输的ZT值总是高于空穴传输的ZT值。计算结果表明,菱形量子点的嵌入是提高C2N纳米带热电性能的一种有效方法。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB383.1
【图文】：

全球能源,能源

１．１引言逡逑１．１．１研究背景逡逑随着社会的进步和工业的发展，人们的生活水平也在提高。正如图１．１所示，逡逑人们对能源的需求也越来越大。传统的能源主要包括煤炭、石油、天然气等矿物质逡逑能源。尽管这些矿物质能源为人们的生活提供了便利，但它们的缺点也不容忽视：逡逑第一，这些矿物质能源的储备极其有限，其价格也随之水涨船高，加重了人们的生逡逑活负担；第二，化石燃料燃烧后的排放物对环境的污染也十分严重，例如近年来的逡逑雾霾天气，对人们健康的危害极大；第三，能源的利用率低下也是一个迫在眉睫的逡逑问题，大部分的能源以废热的形式耗散掉；第四，再生周期长，石油需要至少２００逡逑万年才会产生，而煤的产生至少需要０．４亿年。我国的国土面积虽然很大，但人口逡逑基数有十几亿，能源短缺的问题依然不容忽视。因此，能源危机并非遥不可及。逡逑Ｗｏｒｌｄ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｆｏｒｅｃａｓｔ

能源,矿物质,石油,能源短缺

【参考文献】