《原子/分子接觸的熱電轉換效率及其輸運性質的研究》是依託東南大學，由王建立擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：原子/分子接觸的熱電轉換效率及其輸運性質的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王建立
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
原子/分子接觸是原子操作、納米熱電轉換利用等技術的關鍵問題，由於其特殊的能量輸運過程而受到廣泛關注。項目擬製備用於納米線熱物性測量的微器件裝置，構建具有穩定磁場的低溫真空實驗系統，測量80-300K溫度範圍內納米線熱導率隨長度、直徑以及磁場強度的變化；採用自組裝單分子膜技術對納米線表面進行處理，通過磁場下的洛倫玆力實現原子/分子接觸過程的準確控制，統計大量接觸過程中的電流-電壓曲線，測得接觸電導的量子效應，結合3ω法和2ω法，得到對應的Seebeck係數，並在交叉納米線結構的基礎上，測得接觸熱導，進而實現原子/分子接觸中熱電轉換優值係數的實驗測量；利用商用軟體計算電子能帶結構，採用非平衡格林函式法得到透射係數，根據Landauer理論分析材料結構、尺寸等因素對優值係數的影響；結合實驗測量和理論計算結果，揭示原子/分子接觸過程中熱電輸運的本質規律，從而為低維材料器件化提供重要的科學依據。
結題摘要
金屬接觸是微器件開發、納米熱電轉換、納米材料熱物性測量等技術的關鍵共性問題，甚至具有決定性作用，因此高空間解析度（原子接觸）和高時間解析度（飛秒）下的能量輸運過程近年來受到廣泛關注。在高空間解析度接觸能量傳遞過程研究方面，項目搭建了具有穩定磁場的低溫真空實驗系統（80~300K溫度範圍），實現了Ag，Pt等金屬單晶和多晶納米線真實熱學、電學性質的準確表征，定量給出了在自加熱方法中接觸電阻對金屬納米線熱導率測量的影響規律，證明了熱電比擬定律仍然適用於單晶金屬納米線材；測量得到的金屬納米線與電極間接觸電阻近似與溫度無關，證明接觸處電子處於彈道輸運過程；報導了Ag納米線在低能電子輻射下電導率降低的實驗現象，揭示了內在機理；證明了多晶納米薄膜/納米線中晶界反射係數與熔點關聯式的適用性，建立了準確預測金屬多晶納米薄膜和納米線熱導率和電導率的理論模型；用洛倫玆力精確控制微米線的接觸過程，測量了從彈道到擴散過程轉變過程中金屬接觸電阻和接觸熱阻，證明了熱電比擬定律對純金屬接觸處於彈道/擴散輸運過程都適用；開發了原子Green函式結合有限元的計算方法，根據Landauer理論計算得到聲子彈道輸運的透射係數和熱導。掌握金屬接觸（包括晶粒界面接觸）能量傳遞規律，準確預測納米尺度材料熱電性質，對微電子器件設計、熱分析等都具有重要意義。在高時間解析度能量傳遞過程研究方面，項目搭建了集成了脈衝整形器的共軸雙色飛秒雷射熱反射實驗系統，直接實驗觀測到了光學聲子對超快能量傳遞過程的影響；建立了載流子吸收、能帶填充和電子-空穴湮沒等三過程對雷射反射信號影響的理論模型，揭示了反射信號隨脈衝強度變化的內在機理；成功利用具有不同時間間隔的兩束泵浦脈衝精確調控了特定的晶格振動模式。光子與熱電子、聲子之間的超快能量傳遞過程研究，將為提高太陽能利用和光電晶體材料的轉換效率提供理論依據，同時涉及非熱致相變、雷射精密加工等一系列前沿技術。
