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1、熱電材料作為一種重要的能量轉(zhuǎn)換材料,因?yàn)槠涓咝o(wú)污染的能量轉(zhuǎn)化利用方式和制冷方式,已經(jīng)越來(lái)越受材料研究學(xué)者的重視。熱電材料效能的高低是通過(guò)熱電優(yōu)值來(lái)決定的,ZT=S2σT/k,其中T表示絕對(duì)溫度,S表示塞貝克系數(shù),σ表示電導(dǎo)率,k表示材料總的熱導(dǎo)率。我們可以在不影響其他因素的情況下,通過(guò)減小熱導(dǎo)率k來(lái)提高ZT值。
開(kāi)發(fā)一種價(jià)格低廉且可持續(xù)提供的清潔能源對(duì)于未來(lái)的發(fā)展需要是很重要的。盡管硅因?yàn)槠淞畠r(jià)和高產(chǎn)的優(yōu)勢(shì),已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用
2、于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè),但是由于硅體材料的熱導(dǎo)率很高,從而導(dǎo)致了熱電優(yōu)值很小ZT~0.01,這使得長(zhǎng)期以來(lái)硅成為一種非常無(wú)效的熱電材料。幸運(yùn)的是,研究發(fā)現(xiàn)納米化處理可以大大降低硅的熱導(dǎo)率。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硅納米線的熱電優(yōu)值ZT要比硅體材料提高接近100倍。
最近,Si-G e核殼結(jié)構(gòu)的納米線由于其良好的跨導(dǎo)和較高的載流子遷移率等特性,成為研究的熱點(diǎn)。在核殼結(jié)構(gòu)納米線中,電子和聲子的傳播是解耦合的,這對(duì)于提高熱電性能是很有利的。研究表明,Si
3、-Ge核殼結(jié)構(gòu)和Ge-Si核殼結(jié)構(gòu)的納米線的熱導(dǎo)率都非常小。在之前的核殼結(jié)構(gòu)納米線熱導(dǎo)率的研究中,殼層原子的組份都是單一的,熱導(dǎo)率減小的原因主要來(lái)自于界面效應(yīng)。我們推斷,通過(guò)調(diào)整殼層區(qū)域原子的組份,將界面效應(yīng)和雜質(zhì)散射效應(yīng)結(jié)合起來(lái),可以進(jìn)一步減小Si-G e核殼結(jié)構(gòu)納米線的熱導(dǎo)率。在本論文中,應(yīng)用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了Si/GexSi1-x核殼結(jié)構(gòu)納米線的熱導(dǎo)率,結(jié)果表明殼層區(qū)域中 Ge原子的摻雜濃度對(duì)納米線的熱導(dǎo)率有強(qiáng)烈的
4、影響,Si/Ge0.6Si0.4核殼結(jié)構(gòu)納米線的熱導(dǎo)率明顯的低于Si/G e核殼結(jié)構(gòu)納米的熱導(dǎo)率。為了解釋熱導(dǎo)率減小的原因,我們進(jìn)行了晶格振動(dòng)模式的分析,發(fā)現(xiàn)在殼層摻雜的硅納米線中,從1.0 THz到2.0 THz和9.0 THz到16.0 THz范圍內(nèi)的聲子模式都被強(qiáng)烈地局域化了。此外,我們還對(duì)局域模式的空間分布進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明局域模式主要分布在殼層區(qū)域內(nèi),且這些局域模式強(qiáng)烈抑制了熱流在殼層摻雜硅納米線中的傳播,這很好的解釋了熱導(dǎo)
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