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澳门网上真人赌场趙立東教授課題組取得熱電材料研究新進展

發佈時間:2018-05-18  瀏覽次數:

作者:常成 (北方航空公司 2016 博士生水平) 導師及通訊作者:趙立東 第一單元:澳门网上真人赌场 2018 年 五 月 18 那天 ,《 科學 》雜誌發表了澳门网上真人赌场趙立東教授的熱電材料研究新進展:《 3D電荷和2D聲子傳輸導致n型SnSe晶體中的高面外ZT 》  。使用錫硒化物( 位SnSe 層間最低的熱傳導特性(二維聲子傳輸) ,通過電子摻雜促進離域電子雜化,實現電子 ñ 類型 位SnSe 層間隧道(三維電荷轉移) 。這種類型的 “ 二維聲子 / 立體充電 ” 傳輸特性得到了很大改善 ñ 類型 位SnSe 結晶材料的熱電性能,本研究將爲探索新型高效熱電材料提供新思路 - 具有二維分層結構的熱電材料 (Science 360(2018)778-783。) 。 熱電轉換技術是使用半導體材料直接轉換熱能和電能的技術。 。 隨着環境保護形勢的日益嚴峻,清潔能源的研究和開發已成爲全球科學研究的重點領域。其中 ,熱電轉換技術因其體積小,可靠性高,無污染物排放,溫度範圍寬而受到廣泛關注 。同時,因爲熱電轉換系統是 深空探測和可靠的電源 ,在太空探測器上無可替代  ,專注於大國領域航空航天戰略的發展 。 熱電轉換效率是衡量熱電材料性能的關鍵指標 。這主要取決於材料的平均性能。ZT 物超所值。從定義 ZT =(S2σ/κ)T 在一定溫度下可見 Ť 在高效熱電材料下,應具有較大的溫差電動勢 小號 ( 產生大電壓 )  ,導電性極佳 σ ( 產生小焦耳損失 ) 並且導熱係數低 κ ( 產生很大的溫差 ) 。但 由於這些熱電參數之間複雜的相互作用: 威德曼 - 弗朗茲 這種關係使導電率增加,導熱率也增加。 皮薩連科 該關係使得可以在增加熱電動勢的同時限制電導率。可以看出 ,複雜且交互的熱電參數關係使得能夠實現高熱電品質因數 。 ZT 成爲一個巨大的挑戰。通過協同調節電傳輸和傳熱之間的關係 ZT 淨值增加 (淨ZT) 方法是無止境的:引入點缺陷,位錯 ,納米沉積,基質納米結晶 ,帶結構調節,電 - 聲音 - 磁協同調節  ,晶體結構對稱性調整,界面(晶體結構,能帶結構和微結構)控制,有機 - 無機複合,相變 ,高熵,多尺度化學鍵設計和尋找具有複雜晶胞 ,非共振效應 ,液體聲子傳輸 ,孤對電子等的低導熱率材料  。 發現之後 位SnSe 材料具有很大的非共振效應 (Nature508(2014)373-377) 而且複雜的多價帶結構 (Science 351(2016)141-144) 趙立東的研究小組之後 繼續關注研究興趣 位SnSe 在材料的發展中 ,着重於具有二維分層結構的散裝材料中聲子和電子的傳輸特性 (Adv. Mater. 29(2017)1702676 )  。 尋找低導熱率材料和降低熱導率是熱電領域熱電品質因數的長期改進 ZT 一種有效的方法 。研究發現有一個分層結構 位SnSe 二維界面對聲子具有強烈的散射效應( 數字 1 剩下 ) 使 位SnSe 沿夾層方向的導熱率非常低  , 773K 溫度下的最小理論值 〜 0.18 W/mK 。焦點 位SnSe 基於層之間的低導熱性,如果可以在該方向上實現高電傳輸性能,則可以實現高熱電性能。通過簡化 威德曼 - 弗朗茲 同 皮薩連科 關係確定 載體濃度對 ZT 值綁定後 , ZT 價值關係可以簡化爲 : , 可以看出,改善層間電傳輸性能需要同時優化載流子遷移率。 ( 米 ) 並且有效的質量 (M) 。 位SnSe 材料在 800K 有一個溫度點 PNMA 至 CMCM 在同步輻射測試之後 ,相變發現相變 600K 它開始不斷髮生。利用這種連續相變特性 ,通過調節電子摻雜濃度,光導帶和重定向帶可以經歷簡併收斂 。 ( 增加有效質量並降低流動性 ) 並且退縮和融合 ( 減少有效質量並增加流動性 ) 的過程 。使用該過程 ,優化了移動性和有效質量的乘積  。 ( 米 米 )( 數字 1 在 ) 使 位SnSe 在整個溫度範圍內保持高電傳輸性能。通過比較電子和空穴摻雜 ñ 類型和 p 類型 位SnSe 電子摻雜後發現的材料 錫 同 硒 的 p 導帶底部的軌道將產生電子離域重疊(這種現象在價帶的頂部不存在) , ñ 類型 位SnSe 電荷密度增加到足以填充層間空隙 ,從而實現層間電子的隧道效應 ( 數字 1 對 )  。 TR 1. “ 二維聲子 / 立體充電 ” 顯着改善了傳輸 ñ 類型 位SnSe 熱電性能:界面界面散射可防止聲子傳輸產生超低熱傳導;連續相變引起的多波段退化和退縮優化了遷移率和有效質量;大電荷密度會產生電子(N 類型 ) 容易腔 (p 類型 ) 傳輸。 這種現象可以簡單地描述爲:內在的 位SnSe 分層結構就像一堵牆  ,可以阻擋聲子和載體 ( 電子和孔 ) 傳輸。然而,在摻雜重電子之後  ,導帶底部的電子離域增加了電荷密度 ,並且爲壁和壁之間的電子定製了傳輸隧道。 2 所示。在大電荷密度的基礎上 ,能帶結構變化的三個主要因素和連續相變引起的晶體對稱性的增加是 位SnSe 當溫度高於時  ,在層間方向上具有優異的電傳輸性能 700K 時間 , 位SnSe 層間方向比層更好 “ 立體充電 ” 傳輸效果。這種類型的 “ 二維聲子 / 立體充電 ” 傳輸特性得到了很大改善 ñ 類型 位SnSe 熱電性能(感謝德國 耐馳 公司和中國 Cryoall 公司發佈的第三方性能測試報告)。 TR 2. “ 二維聲子 / 立體充電 ” 轉移圖標: (一個) 引導底部 電子產生離域雜化,增加電荷密度,爲層間電子傳輸提供通道,聲子和孔被層阻擋 。 ; (b)中 飛機不受軌道限制 ( 聲子 ) 被山脈(層界面)阻擋,火車(電子設備)可以穿過隧道 ,並且由於軌道不匹配 ,汽車(洞)不能穿過隧道 。 兩位參與工作的人分別是:南方科技大學何嘉慶教授(合着作者) ,黃立教授研究小組 ,王克東教授研究小組 ,清華大學李景峯教授 ,朱方元,中國科真人赌场平台上海應用物理研究所副研究員,香港大學陳越教授 。這項工作主要由中央組織部青年和青年部以及中國國家自然科學基金會資助。 (51571007,51772012,51602143) 北京市科學技術委員會 (Z171100002017002)教育部 111 智力計劃 (B17002) 爲北航青年頂級項目等項目提供資金。 論文的原始鏈接: http://science.sciencemag.org/content/360/6390/778 趙立東教授的網站鏈接 :http://shi.buaa.edu.cn/zhaolidong/zh_CN/index.html