热电材料硫族化合物的第一性原理研究
发布时间：2023-09-28 23:40
国家统计局的最新数据表明,原煤等不可再生能源仍然是我国的主要能源。这些不可再生能源所释放出来的污染物会造成严重的大气污染,影响人们的身体健康,因此我们需要加速开发可再生清洁能源,热电材料就是其中的一种,它可以直接实现电能和热能之间的相互转换。此外,由于我国超算技术逐渐位列国际领先水平,研究者越来越热衷于通过理论计算来寻找新材料,同时预测材料的最优性能。大量研究结果表明,层状硫族化合物通常存在较低的晶格热导率和优异的电输运性能。因此本文利用基于密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运理论的第一性原理计算研究了三维层状SnS和单层AuSe的热电性能。低温Pnma相SnS是禁带宽度为0.878 eV的间接带隙半导体,其电输运和热输运均具有明显的各向异性。计算结果显示当温度为750 K时,P型和N型SnS在a、b、c三个方向的ZTmax均是沿着a方向的值最大,大小分别为2.21和3.13。但是目前实验上P型和N型SnS的ZTmax均低于理论值,这是因为SnS中的Sn空位使其载流子浓度偏低,而通常情况下我们采用元素掺杂来提升载流子浓度。因此,我们利用K、Ca、...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 热电效应
1.2.1 Seebeck效应
1.2.2 Peltier效应
1.2.3 Thomson效应
1.2.4 三种热电效应间的关系
1.3 无量纲热电优值ZT
1.4 热电材料的研究现状
1.4.1 热电材料的总体概况
1.4.2 SnS热电材料的研究现状
1.4.3 AuSe热电材料的研究现状
1.5 本论文的主要研究内容
第二章 理论计算基础和相关软件
2.1 第一性原理
2.2 Born-Oppenheimer近似
2.3 Hartree-Fock近似
2.4 密度泛函理论
2.4.1 Hohenberg-Kohn定理
2.4.2 Kohn-Sham方程
2.5 玻尔兹曼输运理论
2.5.1 电子的玻尔兹曼输运理论
2.5.2 声子的玻尔兹曼输运理论
2.6 形变势理论
2.7 本论文所采用的计算软件
2.7.1 VASP
2.7.2 BoltzTraP
2.7.3 Phonopy
2.7.4 ShengBTE
第三章 三维纯相SnS的热电性能
3.1 引言
3.2 研究方法
3.3 研究结果分析
3.3.1 晶体结构
3.3.2 电子性质
3.3.3 电输运性能
3.3.3.1 电导率
3.3.3.2 Seebeck系数
3.3.3.3 功率因子
3.3.4 声子性质
3.3.5 热输运性能
3.3.5.1 电子热导率
3.3.5.2 晶格热导率
3.3.6 无量纲优值ZT
3.4 本章小结
第四章 掺杂对SnS电输运性能的影响
4.1 引言
4.2 计算方法
4.3 掺杂的晶体结构
4.4 掺杂后的电子性质
4.4.1 掺杂K的电子性质
4.4.2 掺杂Ca的电子性质
4.4.3 掺杂Ga的电子性质
4.4.4 掺杂Ge的电子性质
4.4.5 掺杂As的电子性质
4.4.6 掺杂Se的电子性质
4.4.7 掺杂Br的电子性质
4.5 本章小结
第五章 单层纯相AuSe的热电性能
5.1 引言
5.2 研究方法
5.3 研究结果分析
5.3.1 晶体结构
5.3.2 热稳定性
5.3.3 电子性质
5.3.4 电输运性能
5.3.4.1 电导率
5.3.4.2 Seebeck系数
5.3.4.3 功率因子
5.3.5 声子性质
5.3.6 热输运性能
5.3.6.1 电子热导率
5.3.6.2 晶格热导率
5.3.7 无量纲优值ZT
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间取得的科研成果
本文编号：3848846
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 热电效应
1.2.1 Seebeck效应
1.2.2 Peltier效应
1.2.3 Thomson效应
1.2.4 三种热电效应间的关系
1.3 无量纲热电优值ZT
1.4 热电材料的研究现状
1.4.1 热电材料的总体概况
1.4.2 SnS热电材料的研究现状
1.4.3 AuSe热电材料的研究现状
1.5 本论文的主要研究内容
第二章 理论计算基础和相关软件
2.1 第一性原理
2.2 Born-Oppenheimer近似
2.3 Hartree-Fock近似
2.4 密度泛函理论
2.4.1 Hohenberg-Kohn定理
2.4.2 Kohn-Sham方程
2.5 玻尔兹曼输运理论
2.5.1 电子的玻尔兹曼输运理论
2.5.2 声子的玻尔兹曼输运理论
2.6 形变势理论
2.7 本论文所采用的计算软件
2.7.1 VASP
2.7.2 BoltzTraP
2.7.3 Phonopy
2.7.4 ShengBTE
第三章 三维纯相SnS的热电性能
3.1 引言
3.2 研究方法
3.3 研究结果分析
3.3.1 晶体结构
3.3.2 电子性质
3.3.3 电输运性能
3.3.3.1 电导率
3.3.3.2 Seebeck系数
3.3.3.3 功率因子
3.3.4 声子性质
3.3.5 热输运性能
3.3.5.1 电子热导率
3.3.5.2 晶格热导率
3.3.6 无量纲优值ZT
3.4 本章小结
第四章 掺杂对SnS电输运性能的影响
4.1 引言
4.2 计算方法
4.3 掺杂的晶体结构
4.4 掺杂后的电子性质
4.4.1 掺杂K的电子性质
4.4.2 掺杂Ca的电子性质
4.4.3 掺杂Ga的电子性质
4.4.4 掺杂Ge的电子性质
4.4.5 掺杂As的电子性质
4.4.6 掺杂Se的电子性质
4.4.7 掺杂Br的电子性质
4.5 本章小结
第五章 单层纯相AuSe的热电性能
5.1 引言
5.2 研究方法
5.3 研究结果分析
5.3.1 晶体结构
5.3.2 热稳定性
5.3.3 电子性质
5.3.4 电输运性能
5.3.4.1 电导率
5.3.4.2 Seebeck系数
5.3.4.3 功率因子
5.3.5 声子性质
5.3.6 热输运性能
5.3.6.1 电子热导率
5.3.6.2 晶格热导率
5.3.7 无量纲优值ZT
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士期间取得的科研成果
本文编号：3848846
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3848846.html
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