论文摘要
热电材料可以实现热能和电能的直接转化,并且在转化过程中不产生污染且无噪音。由于热电材料可以利用工业废热、太阳光的热量来产生电能,故在一定程度上可以缓解能源危机和环境问题。但现有的热电材料由于热电优值不够高,导致热电转化效率不够理想。为了深入了解热电材料的微观机理及其影响因素,本论文借助理论模拟方法,对Bi2Te3和AgGaX2(X=S, Se, Te)体系共11种化合物的构型和电子结构进行系统研究,并对体系的热电性能进行预测,期望能为相关热电材料的研制提供理论指导依据。对于Bi2Te3层状化合物,由于体系中存在重金属元素Bi,因此旋轨耦合作用对体系的电子结构有显著影响。它不仅影响到费米能级附近的能带结构,而且还影响体系的最小带隙值及带隙类型。输运性质的计算结果证明,Bi2Te3有良好的热电性能,在理想状态下其热电优值可达到1.8左右。此外,进一步的研究结果表明,当不考虑热导率变化时,Bi2Te3的热电性能随着层间距的减小有可能得到进一步提高。在此基础上,我们还对两类Bi2Te3掺杂体系的电子结构进行了研究。结果表明,Sb掺杂对价带顶和导带底的电子态分布均有影响；而当Te原子被Se取代时,仅影响到导带底的成分。因此,可以预期Sb掺杂对Bi2Te3热电性能的影响要比Se掺杂更为明显。对于具有黄铜矿结构的AgGaX2(X=S, Se, Te)化合物,我们详细考察了体系的电子结构、弹性性质、热力学性质以及电子输运性能。研究结果表明,三种材料均满足力学稳定性要求,均属于各向异性材料并表现出易延展特征,但延展性能自S到Te逐渐降低。AgGaTe2的热力学性质与AgGaS2和AgGaSe2体系明显不同,表现在其具有相对较高的热膨胀系数、较低的德拜温度,尤其是AgGaTe2体系的晶格热导率要比其它两个低得多。由电子输运性质的计算结果可知,虽然三个体系的Seebeck系数、σ/τ和PF/τ差别不大,但因AgGaTe2晶格热导率较低,故其具有较高的热电优值。当温度为900K时,AgGaTe2的最大热电优值可达到约1.4。
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中文摘要Abstract第一章 前言1.1 热电效应1.1.1 塞贝克效应（Seebeck effect）1.1.2 帕尔贴效应（Peltier effect）1.1.3 汤姆逊效应（Thomson effect）1.2 热电材料1.2.1 硫化物热电材料1.2.2 方钴矿（Skutterudites）型化合物1.2.3 笼形化合物1.2.4 Half-Heusler金属间化合物1.2.5 金属氧化物1.2.6 低维热电材料1.3 论文主要研究工作第二章 理论基础和计算方法2.1 密度泛函理论（DFT）基础2.1.1 Thomas-Fermi模型2.1.2 Hohenberg-Kohn定理2.1.3 Kohn-Sham方程2.2 交换相关泛函2.2.1 局域密度近似LDA2.2.2 广义梯度近似GGA2.3 Boltzmann输运理论简述2Te3电子结构和热电性能的理论研究'>第三章 Bi2Te3电子结构和热电性能的理论研究3.1 计算方法与模型3.2 计算结果与讨论3.2.1 构型优化结果3.2.2 电子结构2Te3的热电性质'>3.2.3 Bi2Te3的热电性质2Te3的电子结构和热电性质'>3.2.4 加压情况下Bi2Te3的电子结构和热电性质3.3 本章小结2Te3掺杂体系电子结构的理论研究'>第四章 Bi2Te3掺杂体系电子结构的理论研究4.1 计算方法与模型4.2 结果与讨论2Te3材料的晶体结构'>4.2.1 Bi2Te3材料的晶体结构4.2.2 掺杂能的计算4.2.3 Sb掺杂体系的电子结构4.2.4 Se掺杂体系的电子结构4.3 本章小结2（X=S,Se,Te）晶体的电子结构、力学性质和热电性能的理论研究'>第五章 AgGaX2（X=S,Se,Te）晶体的电子结构、力学性质和热电性能的理论研究5.1 计算方法与模型5.2 计算结果与讨论5.2.1 构型优化结果5.2.2 电子结构5.2.3 弹性性质和热力学性质2体系的热电性能'>5.2.4 AgGaX2体系的热电性能5.3 本章小结第六章 总结2Te3原胞结构'>6.1 Bi2Te3原胞结构2Te3超单胞'>6.2 Bi2Te3超单胞2体系'>6.3 AgGaX2体系参考文献致谢在学期间已发表和录用的学术论文个人简历
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标签：密度泛函理论论文; 体系论文; 热电性能论文;
Bi2Te3基材料及AgGaX2（X=S,Se,Te）材料的电子结构和热电性能的理论研究
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