Bi2Se3電子結(jié)構(gòu)及其熱電性能的應(yīng)力應(yīng)變調(diào)控.pdf

1、熱電材料能將人類生存環(huán)境中富有的熱能，如地?zé)崮?、工業(yè)廢熱、車輛尾氣余熱以及太陽能等轉(zhuǎn)化成電能，使得其頗受關(guān)注。層狀結(jié)構(gòu)的Bi2Se3熱電材料，具有較低熱導(dǎo)率，而且相對于目前應(yīng)用較多的Bi2Te3，其具有成本低、雙極化效應(yīng)不顯著等優(yōu)點，使得對其研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。目前，Bi2Se3的本征ZT值不高，為此，本論文選取應(yīng)力應(yīng)變調(diào)控的方式來優(yōu)化Bi2Se3的熱電性能。本論文將采用密度泛函理論，研究應(yīng)力和應(yīng)變對Bi2Se3電子結(jié)構(gòu)的

2、影響，并基于半經(jīng)典的玻爾茲曼理論，研究應(yīng)力應(yīng)變對其熱電性能的影響，主要的研究內(nèi)容和結(jié)論概況如下：
　　1．研究了應(yīng)力對Bi2Se3電子結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。能帶結(jié)構(gòu)計算結(jié)果表明，應(yīng)力使體系的帶隙值增大，并使能帶結(jié)構(gòu)在費米面附近的極值數(shù)目增多，輕帶成分增加。熱電性能的計算結(jié)果表明，對于p型Bi2Se3而言，賽貝克系數(shù)在低空穴濃度隨應(yīng)力的加載而增大，在高空穴濃度范圍內(nèi)則減小，電導(dǎo)率與弛豫時間比隨應(yīng)力的增大而增大，功率因子與弛豫時間比的

3、最大值隨應(yīng)力的增大而增大。對于n型Bi2Se3而言，賽貝克系數(shù)的在大部分電子濃度范圍內(nèi)隨著應(yīng)力的加載而增大，功率因子與弛豫時間比隨著應(yīng)力的加載而增大。應(yīng)力能提高 n型和 p型Bi2Se3功率因子與弛豫時間比的極大值，且應(yīng)力下p型Bi2Se3的功率因子比n型的更好，同時我們也獲得最優(yōu)功率因子對應(yīng)的載流子濃度。
　　2．研究了應(yīng)變對Bi2Se3電子結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。能帶結(jié)構(gòu)計算結(jié)果表明，拉應(yīng)變和壓應(yīng)變均使能帶在費米面附近的極值數(shù)目

4、增多，使多處出現(xiàn)駱駝背狀，輕帶比重有所增加。壓應(yīng)變提升了Bi2Se3導(dǎo)帶部分的態(tài)密度在費米面附近的斜率和局域性。拉應(yīng)變和壓應(yīng)變均能使p型Bi2Se3的功率因子與弛豫時間比的極大值增大，但是其值在壓應(yīng)變狀態(tài)下更大，說明壓應(yīng)變更有利于提高p型Bi2Se3的熱電性能。對n型Bi2Se3來說，壓應(yīng)變能提高功率因子與弛豫時間比的極大值，拉應(yīng)變卻降低該值。計算結(jié)果表明應(yīng)變能優(yōu)化Bi2Se3的功率因子，我們也獲得了相應(yīng)最優(yōu)功率因子所對應(yīng)的載流子濃度，