Bi2Te3压致结构畸变及热电效率提高的第一性原理研究

摘要

热电材料是一种实现热能和电能直接相互转换的功能材料，在温差发电和热电制冷等领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。利用热电材料开发的发电或制冷的设备具有节约资源、保护环境、体积小、可靠性高、适用温度范围广的优点，但是转换效率低是其不足之处，限制了热电材料的广泛应用。如何提高热电材料的能量转换效率是热电材料研究的关键问题，而且使用压力手段来提高热电材料的转换效率是近期的研究热点之一。
　　Bi2Te3做为一种最常用的热电材料被人们广泛的应用和研究，近期有报道发现Bi2Te3晶体的六角格子c轴与a轴之比c/a会随压力发生凹线形变化，并且这种晶格畸变可能会导致其热电性质的提高，但是对于晶格畸变的机理以及这种畸变怎样引起热电性质提高的原因还没有一个明确的解释。
　　本文利用基于密度泛函理论（DFT）的赝势缀加平面波（PP-APW）的计算方法，对Bi2Te3晶体六角格子高压下的晶体结构、晶胞参数进行了模拟，晶体c轴与a轴之比随压力的凹线形变化，这与实验上得结果一致。通过分析不同原子层间距离、电荷密度分布随压力的变化，发现相邻的Te1原子层之间的距离随压力的改变是造成晶格反常变化的原因，而Te1原子和Te1原子间电荷密度的随压力的提高是导致原子层间距变化的微观原因。
　　晶格畸变也会导致能带结构和态密度的变化：导带底最低点的位置发生变化，并且导带底带边有效质量变低；价带顶的带边有效质量也变低。
　　微观电子结构的变化也导致了赛贝克系数、电导率、温差电优值的改变。赛贝克系数随压力变化先增大后减下；电导率随压力的提高而提高；p型材料的温差电优值随压力的提高而降低，n型材料随压力提高而增大。

目录

Bi2Te3 压致结构畸变及热电效率提高的第一性原理研究

FIRST PRINCIPLES STUDY OF Bi2Te3STRUCTURAL DISTORTION UNDER PRESSUREAND IMPROVEMENT ON THERMOELECTRICPROPERTIESCandidate:

摘 要

Abstract

第1章绪论

1.1热电理论

1.2热电材料研究前景和现状

1.3 本论文的研究内容及目的和意义

第2章 基本概念与理论

2.1 第一性原理与密度泛函理论

2.2 玻尔兹曼输运理论简述

2.3 第一性原理计算软件 VASP 介绍

第3章 Bi2Te3晶格结构优化结果与分析

3.1 Bi2Te3晶体结构简介

3.2 计算参数的选择

3.3 晶格参数优化结果

3.4 Bi2Te3 晶体原子间距与晶格畸变的关系

3.5 压力对Bi2Te3晶体能带结构的影响

3.6 压力对 Bi2Te3 能态密度的影响

3.7 本章小结

第4章 Bi2Te3 晶体输运性质模拟及分析

4.1 常压下 Bi2Te3 晶体输运系数计算结果及分析

4.2 压力对 Bi2Te3 材料赛贝克系数的影响及原因

4.3 压力 Bi2Te3 材料电导率的影响及原因

4.4 不同压力下 Bi2Te3 材料的温差电优值及分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢