《Pnma型IV-VI族化合物單晶的熱電性能及其各向異性的理論研究》是依託深圳大學，由李煜擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Pnma型IV-VI族化合物單晶的熱電性能及其各向異性的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李煜
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
2014年趙立東等人發現SnSe單晶（Pnma）b軸方向ZT值可達2.6±0.3，是迄今效率最高的熱電材料。與SnSe具有相同層狀結構的化學近親GeSe, GeTe,PbTe等IV-VI族化合物是性能良好的中溫熱電材料，其Pnma相具有潛在的非簡諧性和熱電各向異性，具有重要的研究價值。本項目擬針對此類Pnma單晶，基於第一性原理和玻耳茲曼輸運理論對本徵晶格熱導率、功率因子及其潛在的各向異性特點進行深入精細研究，從物理本質上探索具有層狀結構單晶材料的電、聲輸運各向異性的起源及其調控機理，進一步提高熱電ZT值。為此，充分研究聲子之間的非簡諧作用對於晶格熱導的作用機理，揭示低本徵晶格熱導率的本質；全面分析晶體結構、成鍵方式、能帶結構和聲子色散譜與電、聲輸運參數各向異性的密切聯繫，建立具有各向異性熱電性能的單晶材料的理論模型。本項目成果將理論指導實驗製備具有優異熱電性能和優勢取向的單晶和多晶體系。
結題摘要
我們系統地研究了塊體SnTe和二維SnTe材料的熱電性能。SnTe的塊體和二維相結構分別是各向同性的NaCl型和各向異性的Pnma型晶體結構，在電輸運、熱輸運和熱電性能方面，也分別表現出各向同性和各向異性的特點。基於第一性原理和波爾茲曼輸運理論，我們對塊體和二維SnTe結構進行結構設計，著重對Pnma型SnTe進行電輸運參數的精確計算，系統研究了各向異性的電子結構和聲子結構，探索層狀各向異性體系的熱電性能和調控機理。此外我們還對Pnma型的GeSe二維材料和類石墨烯結構的二維材料開展了電、光和熱電性能的理論研究。 1.基於第一性原理計算和實驗研究，我們發現對SnTe塊體進行Mn，Ge共摻雜後，Ge的摻雜可以提高Mn在SnTe中的固溶度（固溶度可提升到20%），可以增加Mn摻雜對電子結構的調控程度。 2.對SnTe塊體進行Ag和In共摻雜，基於第一原理計算，發現In可以在費米能級附屬檔案引入共振能級，並提高重帶-輕帶的能帶匯聚。 3. 我們設計了一種多主元合金SnTe的系統合成、結構、理論和熱電研究. (Sn，Ge，Pb，Mn)共合金化提高了能帶的收斂性和能帶有效質量，產生了良好的功率因子. 4. 具有與SnSe類似的層狀Pnma相的二維SnTe材料剛剛被實驗製備出來，我們採用密度泛函理論和玻耳茲曼輸運理論相結合的方法，進行了電子、熱電和聲子輸運性質的系統研究。 5.基於第一性原理，對類石墨烯二維材料InSe的層厚相關電子能帶結構、功函式和β-inse光學性質進行密度泛函理論計算。 6.基於第一性原理，對類石墨烯二維材料銻烯Sb的空位誘導磁性進行深入的研究，發現單空位可以引發1μB的磁性；而通過引入雙軸拉伸和壓縮應變，可以有效調控磁性的強弱和分布，同時可以調控電子結構的性質，實現從半金屬到半導體的轉變。 7.基於第一性原理，玻爾茲曼輸運理論和形變勢理論，對二維材料Te烯的電子結構、聲子結構和熱電性能進行理論研究。預測了該材料的遷移率，電導率和功率因子。 8.基於第一性原理計算研究了應變對單層GeSe的光學性能和熱電性能的調製作用。 9. 項目執行期間共發表SCI論文11篇，此外已投在審稿件1篇，待投稿件2篇。
