Mg基和Pb基固溶体热电性能的理论研究
发布时间：2021-10-16 23:42
热电材料作为一种新型的能源材料,能够不依靠其他的介质实现热能和电能的相互转化,可以将热能直接转化为电能而备受关注。本文基于第一性原理和半经典玻尔兹曼输运理论,系统研究了 Mg2GexSn1-x（x=0.25,0.5,0.75）和 PbSxTe1-x（x=0.25,0.5,0.75）无序固溶体的晶体结构、电子结构和热电性能。主要结论如下:（1）基于特殊准随机结构方法构建了包含24个原子的Mg2GexSn1-x（x=0.25,0.5,0.75）无序固溶体结构,三种比例下的带隙值为0.35 eV-0.44 eV,并在此基础上研究了体系的电子结构和热电性质。计算结果表明当温度为800K,载流子浓度为3.28×1019cm-3时,n型Mg2Ge0.5Sn0.5由于具有较高的功率因子和较低的晶格热导率,热电优值ZT可达2.45,具有较低的晶格热导率的原因则主要是其具有较高的密度以及较低的光学模速度。（2）采用特殊准随机结构方法构建了包含32个原子的PbSxTe1-x（x=0.25,0.5,0.75）无序固溶体结构。结果表明,PbSxTe1-x（x=0.25,0.5,0.75）的带隙值随着x的增大而...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２帕尔贴效应示意图??Ｆｉｇ?１－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｐｅｌｔｉｅｒ?ｅｆｆｅｃｔ．??
图１－３热电模块及其工作原理??Ｆｉｇ?１?－３?Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍｏｄｕｌｅ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．??图１－３是半导体热电材料器件进行热电转换的基本原理示意图。图中为一个闭合??回路，回路中是具有温度梯度的，一端为ｐ型半导体，另一端为ｎ型半导体，当在ｐ??型半导体和ｎ型半导体之间加上热源Ｑ之后，会发生塞贝克效应，进而会有电压的产??生，形成一个完整的回路后会有功率的产生。此时，如果将电压加在另一端，形成完??整的回路，则会发生帕尔帖效应，会有温差的产生。相应的能量转换效率可以用ｎ来??表示，其定义式如１．７所示：??”酿?Ｔ２?［ｕｚｔ）ｖ＼ｔｊｔ２??４??
理论（Ｄｅｎｓｉｔｙ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｏｒｙ，ＤＦＴ）。在转换为多电子体系的基础上，如果一种体??系的原子数目较少，则可以采用Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ方法近似处理。如果一种体系的原子数??目较多，则直接用ＤＦＴ方法来处理，总流程如图１－５所示。??复?多???单??杂?由?厂＾?Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ方法???＾??多????粒?？绝热近似?——？子一?一？子??＾?体?＾???ｌ?体??体?％?ｋ?密度泛函理论?一Ｉ?＆??系系系??图１－５第一性原理计算方法中对多粒子体系的近似??Ｆｉｇ?１－５?Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ??１．５．２密度泛函理论??近几十年以来，对于周期性体系的处理方法，主要都是以密度泛函理论为基础的??量子化模拟。在本节中，主要介绍关于ＤＦＴ的基本概念。经过多年的发展，ＤＦＴ已??经在很多领域发挥了作用，比如说物理、化学、环境科学、生物科学、材料科学等。??由Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ和Ｋｏｈｎ于１９６４年提出的Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ－Ｋｏｈｎ第一定理和第二定理可??以将波函数取代为电子密度来作为基本变量，这两种定理建立了密度泛函理论发展的??基础。随后又直接给出了?Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ－Ｋｏｈｎ方程［５９］，给出了切实可行的解决方法，如??下所示：??Ｖ２?＋?Ｆ（ｚ－）?＋?（ｒ）?＋?Ｖｘｃ?（ｒ）?（ｒ）?＝?ＥｉＶｉ?（ｒ）．?（１．９）??上式中
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Mn substitution on thermoelectric properties of CuIn1-xMnxTe2[J]. 罗鹏飞,游理,杨炯,邢娟娟,张继业,王晨阳,赵新洛,骆军,张文清. Chinese Physics B. 2017(09)
本文编号：3440713
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２帕尔贴效应示意图??Ｆｉｇ?１－２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｐｅｌｔｉｅｒ?ｅｆｆｅｃｔ．??
图１－３热电模块及其工作原理??Ｆｉｇ?１?－３?Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｍｏｄｕｌｅ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｗｏｒｋｉｎｇ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．??图１－３是半导体热电材料器件进行热电转换的基本原理示意图。图中为一个闭合??回路，回路中是具有温度梯度的，一端为ｐ型半导体，另一端为ｎ型半导体，当在ｐ??型半导体和ｎ型半导体之间加上热源Ｑ之后，会发生塞贝克效应，进而会有电压的产??生，形成一个完整的回路后会有功率的产生。此时，如果将电压加在另一端，形成完??整的回路，则会发生帕尔帖效应，会有温差的产生。相应的能量转换效率可以用ｎ来??表示，其定义式如１．７所示：??”酿?Ｔ２?［ｕｚｔ）ｖ＼ｔｊｔ２??４??
理论（Ｄｅｎｓｉｔｙ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?Ｔｈｅｏｒｙ，ＤＦＴ）。在转换为多电子体系的基础上，如果一种体??系的原子数目较少，则可以采用Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ方法近似处理。如果一种体系的原子数??目较多，则直接用ＤＦＴ方法来处理，总流程如图１－５所示。??复?多???单??杂?由?厂＾?Ｈａｒｔｒｅｅ－Ｆｏｃｋ方法???＾??多????粒?？绝热近似?——？子一?一？子??＾?体?＾???ｌ?体??体?％?ｋ?密度泛函理论?一Ｉ?＆??系系系??图１－５第一性原理计算方法中对多粒子体系的近似??Ｆｉｇ?１－５?Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｓ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｓｙｓｔｅｍｓ?ｉｎ?ｔｈｅ??ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?ｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ??１．５．２密度泛函理论??近几十年以来，对于周期性体系的处理方法，主要都是以密度泛函理论为基础的??量子化模拟。在本节中，主要介绍关于ＤＦＴ的基本概念。经过多年的发展，ＤＦＴ已??经在很多领域发挥了作用，比如说物理、化学、环境科学、生物科学、材料科学等。??由Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ和Ｋｏｈｎ于１９６４年提出的Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ－Ｋｏｈｎ第一定理和第二定理可??以将波函数取代为电子密度来作为基本变量，这两种定理建立了密度泛函理论发展的??基础。随后又直接给出了?Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ－Ｋｏｈｎ方程［５９］，给出了切实可行的解决方法，如??下所示：??Ｖ２?＋?Ｆ（ｚ－）?＋?（ｒ）?＋?Ｖｘｃ?（ｒ）?（ｒ）?＝?ＥｉＶｉ?（ｒ）．?（１．９）??上式中
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effects of Mn substitution on thermoelectric properties of CuIn1-xMnxTe2[J]. 罗鹏飞,游理,杨炯,邢娟娟,张继业,王晨阳,赵新洛,骆军,张文清. Chinese Physics B. 2017(09)
本文编号：3440713
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