收藏本站
《河南大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Sr_5Al_2Sb_6和CuInX_2(X=S,Se,Te)的热电性质的理论研究

叶灵云  
【摘要】:随着全球工业化的发展,人类对能源的需求不断增长,能源短缺成为限制人类社会发展的关键问题之一。开发新型环保能源材料已受到世界各国的重视。热电材料是一种新型的清洁能源材料,具有无污染、无噪音、无磨损、体积小、反应快、易于维护、安全可靠等优点,可以在不污染环境的前提下实现电能和热能之间的直接相互转换。热电材料的广泛应用有利于缓解能源危机,以及保护环境。然而,目前所发现的热电材料具有较低的能量转换效率及其较高的生产成本,限制着其在实际生产和生活中的广泛应用。因此,寻找具有较高转换效率的热电材料以及探索提高已知热电材料转换效率的方法具有重要的理论意义和现实价值。本文基于第一性原理方法对Sr_5Al_2Sb_6以及CuInX_2(X=S,Se,Te)的热电性质进行了理论研究。Zintl相化合物Sr_5Al_2Sb_6和高效热电材料Ca_5Al_2Sb_6具有相似而又不同的晶体结构。由于材料的晶体结构和电子结构决定了其物理性质,因此我们推测Sr_5Al_2Sb_6可能具有较好的热电性质。为了验证我们的猜测,我们采用第一性原理方法以及半经典的玻尔兹曼理论计算了Sr_5Al_2Sb_6的电子结构以及输运性质,并与Ca_5Al_2Sb_6的相关性质进行了比较。计算结果表明,Ca_5Al_2Sb_6的带隙之所以会比Sr_5Al_2Sb_6的小,主要是由于Ca_5Al_2Sb_6中较强的Sb-Sb共价相互作用在其导带底附近产生了电子态。另外,若对Sr_5Al_2Sb_6进行适当的掺杂,其热电性质将会得到显著提高。p型Sr_5Al_2Sb_6在温度为850K时,当其掺杂浓度达到1.26×1021cm-3,其ZT值最大可达1.01,因此,Sr_5Al_2Sb_6具有良好的热电应用前景。实验工作表明,CuInTe_2是比较好的热电材料,在没有掺杂的状态下,纯的CuInTe_2的ZT值在温度为850 K时可以达到1.18,这是目前为止发现的未掺杂状态下具有类金刚石结构的热电材料中ZT值最大的材料。由于CuInS_2、CuInSe_2与CuInTe_2具有相似的电子结构和相同的空间群,因此我们猜测,它们三者也具有相似的性质,也就是说CuInX_2(X=S,Se,Te)都可能具有较好的热电性质。本论文中,我们选用不同的势函数计算了几种铜基化合物能带带隙的大小,并与实验测量值进行了比较。比较结果表明,采用mBJ+U的方法可以准确地计算铜基化合物的电子结构,因此在本文中,我们采用mBJ+U的计算方法来计算所研究的几种铜基化合物材料的电子结构。另外,通过对计算的CuInX_2(X=S,Se,Te)的电子结构和热电性质的分析发现,之所以CuInX_2(X=S,Se,Te)具有比较好的热电性质,是因为在它们的价带顶附近同时出现了轻重带。基于这一发现,我们又计算了CuGaTe_2和AgGaTe_2的电子结构和输运性质,并与CuInTe_2的进行了比较,对比得出CuInX_2(X=S,Se,Te)价带顶附近同时出现的轻重带主要原因是Cu的d电子和X的p电子之间的较强的杂化作用引起的。这对于热电材料的实验和理论研究工作都具有非常重要的研究意义,有助于发现提高热电材料性能的调控方案。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O482

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李科敏;汪水苗;谢超;刘曼林;周魁葵;;双弯曲对称石墨烯纳米带的热电性质[J];湖南理工学院学报(自然科学版);2013年03期
2 陈晓阳;徐象繁;胡荣星;任之;许祝安;曹光旱;;Li_xNa_yCoO_2的制备和热电性质[J];物理学报;2007年03期
3 李锡华,王明华,新明正弘;掺杂PbTe晶体的热电性质研究[J];半导体技术;1999年01期
4 赵国军;郝艳飞;闫凌加;王敬凯;;AgSbTe_2材料电子结构和热电性质的第一性原理研究[J];内蒙古大学学报(自然科学版);2014年02期
5 张沛霖,王渊旭,赵明磊,张磊,罗豪苏,徐海青,齐振一,殷之文;Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_3-PbTiO_3的介电、弹性、压电和热电性质[J];压电与声光;1999年01期
6 张建;秦晓英;李地;辛红星;宋春军;;不同元素替代掺杂化合物M_(0.04)Ti_(0.96)S_2(M=Ni,Al,Mg)的热电性质(英文)[J];材料科学与工程学报;2010年02期
7 孙海涛;李成武;陆慧;方彬;林贤;王艳南;潘孝仁;;GDARE法制备不同厚度ZnO薄膜的热电性质[J];真空科学与技术学报;2011年03期
8 蔡淑惠,李隽,刘春万;Nb_3X_4(X=S,Se,Te)的能带结构研究[J];结构化学;1993年03期
9 何春萍;傅昕;黄可龙;;CdE(E=S,Se,Te)量子点的合成、修饰、表征及应用[J];怀化学院学报(自然科学);2007年02期
10 陈海川;杨利君;;LiGaX_2(X=S,Se,Te)的电子结构,光学和弹性性质的第一性原理计算[J];物理学报;2011年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 李连山;齐利民;;实心球前体模板转化合成Bi_2E_3(E=S,Se,Te)系列核壳结构[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 周本良;二维材料纳米条带量子输运与热电性质研究[D];湖南师范大学;2016年
2 吴震;Sb基Zintl相化合物的结构与热电性能研究[D];山东大学;2017年
3 潘长宁;低维量子结构中的热电性质及其调控研究[D];湖南大学;2014年
4 赵龙;半导体功能材料的铁磁与热电性质研究[D];北京邮电大学;2013年
5 杨敏;基于Ⅴ/Ⅵ族的新型化合物的合成、晶体结构及性质研究[D];山东大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶灵云;Sr_5Al_2Sb_6和CuInX_2(X=S,Se,Te)的热电性质的理论研究[D];河南大学;2016年
2 张忠卫;纳米结构的热输运及热电性质[D];湘潭大学;2015年
3 左永;硒基纳米材料的制备及其催化和热电性质研究[D];安徽大学;2016年
4 冯真真;几种Zintl相化合物及MgAgSb热电特性的理论研究[D];河南大学;2016年
5 李奕峦;碱金属掺杂碲化铋的电子结构及热电性质[D];北京邮电大学;2015年
6 武成洁;掺杂碲化铋的电子结构及热电性质[D];北京邮电大学;2014年
7 刘玉;胶体法合成三元铜基纳米材料及其热电性质研究[D];安徽大学;2014年
8 王伟;钙钛矿型稀土钴酸盐的热电性质研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 董雯;铁电超晶格热电性质的研究[D];苏州大学;2003年
10 司海刚;第一性原理研究InSe纳米管和In_4Se_(3-x)单晶的结构、电子结构和热电性质[D];河南大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026