单层二硫化钼热导率的研究

发布时间：2017-08-02 14:10

  本文关键词：单层二硫化钼热导率的研究

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【摘要】：热电材料是一种非常具有应用价值的能源材料,可以利用热电材料制造出对环境非常友好的热电发电机和热电制冷装置。评判热电材料性能优劣的指标是其热电优值ZT,TSZT??2(28),其中,S是材料的塞贝克系数,?是材料的电导率,T是开尔文温度,?是材料的热导率。在研究和实际应用中,降低材料的热导率是提升其热电性能的一个行之有效的方法。由于传统的热电材料的热电性能仍然不够理想,人们一直在寻找新型的热电材料。最近十年,二维结构的纳米材料得到了人们的广泛关注,特别是石墨烯被成功的从石墨中分离出来以后,许多其它相似的二维材料也通过相似的方法制备出来,如氮化硼和单层二硫化钼。其中,单层二硫化钼由于具有非常小热导率(?)和比较大的塞贝克系数(S),因此,它被认为是一种非常具有潜力的热电材料。为了进一步提升单层二硫化钼的热电性能,我们探究了不同的条件对单层二硫化钼热导率的影响。通过求解近弛豫条件下声子玻尔兹曼输运方程,我们研究了尺寸效应和边界粗糙度对单层二硫化钼条带热导率的影响,研究结果表明单层二硫化钼条带的热导率对尺寸和边缘粗糙度并不敏感。为了寻找降低单层二硫化钼的方法,我们通过运用非平衡态的分子动力学模型,研究了两种类型的点缺陷对单层二硫化钼纳米带热导率的影响,一种缺陷类型为单硫空位(SV),另一种缺陷类型为氧原子替换硫原子(OS)。研究表明,两种类型的缺陷都能极大的降低单层二硫化钼纳米带的热导率,其中,单硫空位缺陷降低热导率的效果更为明显一些。通过分析单层二硫化钼的声子振动模式发现,在引入点缺陷以后,其声子振动模式出现了强烈的局域化,这是使得单层二硫化钼热导率得到了明显抑制的关键原因。进一步分析表明,由于点缺陷周围原子力常数的改变,局域化的声子模主要分布在点缺陷及其周围的原子上。我们的研究可以帮助人们理解和运用缺陷工程来降低单层硫化钼的热导率。
【关键词】：热电材料 分子动力学 玻尔兹曼输运方程 二硫化钼 热导率
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-8
• 第1章 引言8-14
• 1.1 能源问题和热电材料8-9
• 1.2 热电材料的性能和提升方法9-11
• 1.3 单层二硫化钼纳米带研究现状11-13
• 1.4 本文研究的目的和内容13-14
• 第2章 玻尔兹曼输运方程和经典分子动力学模拟方法介绍14-29
• 2.1 玻尔兹曼输运方程简介和在热导率计算中的应用14-19
• 2.1.1 玻尔兹曼方程简介14-15
• 2.1.2 玻尔兹曼方程求解晶格热导率15-19
• 2.2 经典分子动力学模拟19-29
• 2.2.1 经典分子动力学简介20-23
• 2.2.2 经典分子动力学模拟计算热导率23-25
• 2.2.3 计算单层二硫化钼纳米带热导率方案设计25-29
• 第3章 单层二硫化钼热导率的计算结果及其解释29-43
• 3.1 玻尔兹曼输运方程方法计算结果及解释29-37
• 3.1.1 尺寸效应和边缘粗糙度对单层二硫化钼热导率的影响29-31
• 3.1.2 玻尔兹曼输运方程计算结果的理论分析31-37
• 3.2 经典分子动力学模拟方法计算结果及解释37-43
• 3.2.1 点缺陷对单层二硫化钼纳米带热导率的影响37
• 3.2.2 对计算结果的动力学理论分析37-39
• 3.2.3 对计算结果的声子振动模式参与率的分析39-43
• 第4章 总结和展望43-45
• 4.1 总结43-44
• 4.2 展望44-45
• 参考文献45-49
• 致谢49-50
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果50

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本文编号：609648