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超低热导热电材料晶格热导输运机理
更新日期:2020-04-29

晶格热导—温度关系图。(a) TlGaTe2 (b) TlInTe2。 图中实线是计算结果,点为文献报道的实验值。

热电材料是一种可将热能和电能相互转化的敏感功能材料,在温差发电、通电制冷及传感器制造方面有广阔的应用前景。电材料作为原料本身具有无污染、寿命长等特点,构件的传感器件具有无传动部件,无机械损耗,无噪音等特点,特别适用于传感器的设计和制造。热电材料的能源转化效率由无量纲性能参数热电优值(ZT)来反映。ZT值通过关系式:S2σT/(ke+kL),和热电材料的重要参数:热电势S,电导率σ,电子热导ke,晶格热导kL以及温度T相联系。显然低热导的材料最有可能获得高热电性能,最近报道的新型高性能热电材料,如硒化锡,Cu2Se等都是低热导材料。理解晶体材料热导输运机理有助于热电领域的发展,第一性原理计算结合半经典玻尔兹曼方程是目前理论计算材料本征晶格热导的常用方法,应用广泛。由于实际材料往往存在缺陷,受缺陷散射影响,故计算值一般高于实验测量值。但我们最近发现有些热电材料,如TlGaTe2,晶格热导预测值远小于实验测量值,研究发现其物理原因在于该类材料晶格振动非谐效应及其剧烈,声子之间强烈相互作用导致声子之间有较大的隧穿能量交换,而这部分能量没有在半经典玻尔兹曼方程得到描述,考虑这部分被忽律的能量后可获得和实验一致的结果。此项研究进一步提升了对强非谐效应晶体材料晶格热导的理解。

相关论文发表在美国物理学会杂志Physical Review B 100, 075207 (2019)上。




文章来源:福建省海洋传感功能材料重点实验室(闽江学院) 编辑:打印文章】【 返回顶部