【摘 要】
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本文采用第一性原理计算,系统研究了各种元素在掺杂β-Zn4Sb3体系中的占位选择机制及对β-ZmSb3电子态的影响;又通过建立理论模型计算分析对掺杂调控电子态密度及纳米复合能
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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本文采用第一性原理计算,系统研究了各种元素在掺杂β-Zn4Sb3体系中的占位选择机制及对β-ZmSb3电子态的影响;又通过建立理论模型计算分析对掺杂调控电子态密度及纳米复合能量过滤两种优化思想在优化β-Zn4Sb3热电性能中的应用进行了理论探索。主要研究成果如下:
1、通过计算比较杂质占据β-Zn4Sb3中的各种可能位置上的形成能及晶格变化,从而确定其占位,结果表明Ag、Cu、Bi和Si四种元素都倾向于占据Zn位。
2、分析计算了81种元素在替代Zn位时对β-Zn4Sb3电子态密度的影响。研究发现不同的掺杂元素对主材料体系电子结构产生的影响各有不同,其中Mg、Cd和Hg元素的掺杂对β-Zn4Sb3态密度的影响基本可以忽略不计;探寻出若干可以在价带边附近产生共振峰的元素,比如Na、K、Ca、Ba、La、Ce、Pr、Ac、U、Np和Pu这些元素的掺杂在价带顶引入了不同强度的共振峰,这些共振峰有望大幅提高β-Zn4Sb3的Secbeck系数;并通过研究掺杂前后体系的分波电子态密度,揭示了共振峰形成机制。
3、在调控电子态密度优化方法中,我们借助Anderson多杂质模型和Green函数方法,通过解Boltzmann输运方程研究了功率因予及其因子(Seebeck系数与电导率)与各掺杂物理参数(掺杂浓度、缺陷能级位置等)的依赖关系,分析了共振峰对电子输运性质的影响机理。结果表明低浓度的杂质在价带边靠近费米能处引入的共振峰有助于大大增加β-Zn4Sb3的功率因子。
4、在纳米复合能量过滤优化方法中,通过方形势垒近似及球形近似模拟纳米颗粒界面对电声子的散射机制,研究了纳米颗粒对β-Zn4Sb3体系电输运及热输运的影响规律。结果表明,纳米颗粒界面势垒高度、宽度增加及势垒间距的减小有助于增强Seebeck系数,但对电导率呈负面影响,但将界面势垒参数调控到恰当程度.可最终有效提高功率因子;纳米颗粒界面密度越大越有利于降低晶格热导率。
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