基于Bi 2 Se 3 /In 2 Se 3 超晶格及half-Heusler热电材料输运特性调控的研究

发布时间：2022-01-11 02:21

　　热电材料是一类可以实现热能和电能相互转换的功能材料,主要涉及的就是材料内部电子和声子的输运过程。基于热电材料的热电转换技术具有简单可靠、稳定性高、无噪音、无污染等优点,在功率发电、废热回收再利用、固态制冷等领域均具有潜在的应用价值。然而,由于决定热电性能的各电学、热学参数之间强烈的耦合作用,导致高性能热电材料的发展仍未达到预期。鉴于此,本文重点研究了Bi₂Se₃/In₂Se₃超晶格以及half-Heusler热电材料的输运特性,旨在优化相关电学和热学参数,并最终实现热电性能的提升。主要研究内容如下:（1）借助分子束外延技术,在氟金云母衬底上外延生长了低维热电材料Bi₂Se₃/In₂Se₃超晶格。综合原位高能反射电子衍射和非原位高分辨X射线的表征,证明了超晶格的周期结构可实现精确控制。通过调节超晶格的周期结构,观察到了热导率的一个极小值。当周期厚度较大时,声子表现为准粒子的输运模式,在异质界面发生非相干的漫散射,导... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

热电材料典型应用的示意图

电子科技大学博士学位论文该效应，汤姆逊（后被称为开尔文勋爵，LordKelvin）还证明了这三种效应之间的相互联系，见公式(1-4)和(1-5)， = (1-4) = (1-5)上述公式(1-4)和(1-5)可由非可逆热力学严格推导出，也被称为开尔文关系[20]。根据开尔文关系，不仅可以通过塞贝克系数来推算实验上难以精确测量的帕尔帖系数，同时还定义了材料的绝对塞贝克系数（通过塞贝克效应获得的塞贝克系数为相对塞贝克系数）。因此，开尔文关系的提出对热电学的发展起到了积极的推动作用。

S 为塞贝克系数，σ 为电导率，κ 为热导率。由公式(1-6)可以得出，Z 的量纲为 K-1，因此在随后的发展中，常将 Z 和材料工作时的绝对温度 T 结合起来，也就是目前普遍使用的无量纲热电优值 ZT。综上所述，热电转换的效率是由卡诺效率和材料本征属性共同决定的[15]，最大发电效率 ηmax和最大制冷系数（maximum cooling coefficient of performance，一般简写为 COPc, max）分别见公式(1-7)和(1-8)， = 1+ 1 1+ + (1-7) , = 1+ 1+ +1(1-8)其中，ZTavg为材料在 TC到 TH这一温度区间的平均 ZT。图 1-3(a)和(b)分别展示了平均 ZT 和冷热两端的温差对 ηmax和 COPc, max的影响。由于不同的热电材料其工作的温度窗口也有所差别，因此，努力优化热电材料的 ZT 值已经是提高热电转换效率的基本共识，也是现如今热电学发展的关键所在。


本文编号：3581888