Bi2Te3熱電材料壓縮與剪切性能的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、熱電材料是能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的新型功能材料，由熱電材料做成的器件具有清潔、環(huán)保、無(wú)污染的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景，在眾多熱電材料體系中，Bi2Te3基熱電材料是最早得到商業(yè)化應(yīng)用的熱電材料。在熱電器件的服役環(huán)境中，熱電材料不可避免要長(zhǎng)期處于循環(huán)熱應(yīng)力的荷載中，這將導(dǎo)致熱電材料的力學(xué)穩(wěn)定性逐步下降，進(jìn)而最終導(dǎo)致材料的失效破壞。因而，研究Bi2Te3基熱電材料的力學(xué)性能對(duì)該類材料的工業(yè)化應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)依據(jù)。本文主要研究Bi2

2、Te3材料的壓縮和剪切性能，揭示結(jié)構(gòu)內(nèi)的范德華力層對(duì)Bi2Te3熱電材料力學(xué)性能的影響規(guī)律及其機(jī)理，為開發(fā)高效穩(wěn)定的Bi2Te3基熱電器件提供了重要理論指導(dǎo)依據(jù)。
　　研究結(jié)果表明，Bi2Te3結(jié)構(gòu)中相鄰兩層Te1-Te1原子間的范德華力對(duì)材料的變形與破壞行為起著主導(dǎo)作用，并直接導(dǎo)致了材料欠佳的機(jī)械穩(wěn)定性。其中壓縮性能方面，范德華力層兩側(cè)原子間距限制著其對(duì)z軸壓縮的承載能力，故在該方向的加載不具備應(yīng)變率敏感性，僅僅只受應(yīng)變大小影響

3、；而與之相對(duì)的是，加載速率同時(shí)影響著x軸壓縮時(shí)范德華力層的分離以及隨后的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，因此該過(guò)程中應(yīng)變率效應(yīng)異常突出。而在剪切性能方面，該層較弱的連接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受載后較易沿該層發(fā)生滑移，最終引起結(jié)構(gòu)的脆性破壞。而且不同于z向壓縮，剪切存在較明顯的應(yīng)變率效應(yīng)：隨著應(yīng)變率增大，結(jié)構(gòu)內(nèi)原子難以短時(shí)間恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而使得極限應(yīng)力和斷裂應(yīng)變相應(yīng)上升。同時(shí)根據(jù)Bi2Te3這種易于滑移的特性，大膽猜測(cè)其可能具有塑性轉(zhuǎn)變的潛質(zhì)。當(dāng)然，本文僅僅只是對(duì)Bi2T