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1、熱電材料是一種能將電能和熱能相互轉(zhuǎn)換的功能性材料,且具有全固態(tài)、體積小、可靠性高、無(wú)噪聲無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境污染和能源問(wèn)題日益嚴(yán)重的今天,熱電材料在汽車(chē)尾氣廢熱發(fā)電、熱電-光伏復(fù)合太陽(yáng)能電池等方面的潛在應(yīng)用得到了世界范圍內(nèi)研究者們的廣泛關(guān)注。而如何獲得高性能的熱電材料是推進(jìn)其廣泛應(yīng)用的至關(guān)重要的一環(huán),也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
上世紀(jì)九十年代,Hicks和Dresselhaus提出量子限域效應(yīng)可以有效的增強(qiáng)超晶格體系的熱電性能,
2、為尋找熱電性能較好的低維體系提供了理論支持。隨著本世紀(jì)初石墨烯的成功制備,自支撐二維材料作為低維體系中的新成員,獲得了廣泛的關(guān)注。二維材料中的電子被限制在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),由于量子限域等效應(yīng),有可能比體相材料有著更優(yōu)異的熱電性質(zhì),引發(fā)了理論和實(shí)驗(yàn)工作者的極大研究熱情。同時(shí),材料建模和模擬技術(shù)的成熟以及“材料基因組”框架下高通量計(jì)算理念的發(fā)展,為尋找新型二維熱電材料提供了有力的工具。本文將通過(guò)高通量篩選無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的方法,得到可能的二維材
3、料的晶格結(jié)構(gòu);然后基于第一性原理的高通量計(jì)算,得到并分析二維材料的能帶結(jié)構(gòu)以及應(yīng)力對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用;最終基于玻爾茲曼輸運(yùn)方程的計(jì)算,虛擬篩選出具有高熱電性能的二維材料。
本文首先在無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)(Inorganic Crystal Structure Database,ICSD)中篩選出89種可能剝離成為二維材料的層狀體材料,獲得其對(duì)應(yīng)二維材料的晶格結(jié)構(gòu),并將89種二維材料按空間群分類(lèi)。然后計(jì)算并對(duì)比了體相及二維相的磁
4、性與能帶結(jié)構(gòu)。從計(jì)算結(jié)果中得知,有22種體相材料具有磁性,在剝離成二維材料后,其中9種材料磁矩大小不變,8種材料的磁矩減小,5種材料的磁矩增大。能帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算表明,在由體相剝離為二維材料后,10種材料發(fā)生了間接到直接帶隙轉(zhuǎn)變,6種材料發(fā)生了直接到間接帶隙轉(zhuǎn)變。有13種二維材料在面內(nèi)雙軸應(yīng)力的作用下發(fā)生了帶隙類(lèi)型的改變,其中8種是在拉伸應(yīng)力下,5種在壓縮應(yīng)力下。最后計(jì)算了帶隙大于零的二維材料的功率因子隨載流子濃度的變化關(guān)系,發(fā)現(xiàn)p型的單層
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