《有機材料熱電性質的理論研究》是依託清華大學，由王冬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有機材料熱電性質的理論研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：王冬
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
有機熱電研究的核心問題是輸運問題。在本項目中，我們將發展和完善有機輸運理論，結合第一性原理計算，針對有機分子晶體和低維納米體系，研究材料的電導、賽貝克係數和電子熱導，及溫度、摻雜等因素和化學修飾、尺寸效應等對電子輸運係數的影響，同時採用分子動力學方法研究晶格熱導，最終達到預測材料的熱電優值及最佳摻雜濃度的目的，為實驗上尋找高效的熱電材料提供理論指導，希望能推動有機熱電這一領域的發展。
結題摘要
熱電材料可以實現熱和電之間的直接轉換，是一類清潔能源材料。近年來有機半導體特別是聚合物熱電材料的實驗研究取得了很大進展，在此背景下我們率先開展了相應的理論工作。本項目的研究內容包括有機材料熱電輸運理論方法的發展、有機分子晶體和低維體系熱電性能的預測，以及摻雜等因素對聚合物熱電性能的影響。取得的研究成果如下： （1）在能帶模型下，考慮Gamma點的聲學聲子散射，預測了C8-BTBT單晶的遷移率以及溫差電動勢隨載流子濃度的變化。這一計算結果先後被劍橋大學Henning Sirringhaus和京都大學Shu Seki組的實驗證實。在熱輸運方面，我們發現BTBT衍生物的長烷基鏈可以有效地降低晶格熱導，從而提出通過引入長烷基鏈提高熱電優值的方法。（2）採用玻爾茲曼輸運方程，綜合考慮聲子散射和雜質散射的競爭，並結合第一性原理計算，定量考察了摻雜(抗衡離子Tos-)對p-型聚合物熱電材料PEDOT中載流子運動的影響。（3）在能帶模型下，實現了電-聲耦合的第一性原理計算，對載流子的輸運可以有一個定量而全面的刻畫。（4）我們在能帶模型下，考察了聲學聲子散射和帶電雜質散射兩種機制對CH3NH3PbI3遷移率的影響。在此基礎上，我們研究了其熱電性能，發現四方結構的CH3NH3PbI3熱電性能比立方結構的好，p-型摻雜的四方結構CH3NH3PbI3在相變點330 K熱電優值超過1，可能成為一類新型的熱電致冷材料。我們進一步提出通過調控有機陽離子空位來實現有效的p摻雜。 我們的工作加深了對構性關係的認識，對有機熱電材料的設計提出了指導性建議。
