有機(jī)分子晶體Bis-Dithienothiophene熱電輸運(yùn)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源的消耗也越來越大。全世界被消耗的能源中，大約有70％被浪費(fèi)掉，在這部分被浪費(fèi)掉的能源中，絕大部分是廢棄的熱能。然而傳統(tǒng)的能源是有限的，終有一天會(huì)枯竭。為了解決這一潛在的能源危機(jī)，新能源產(chǎn)業(yè)逐步興起，尋找新型、綠色、可持續(xù)的能源。在這樣的背景下，熱電材料越來越受到關(guān)注。這是因?yàn)闊犭姴牧夏軌驅(qū)崮苻D(zhuǎn)換成電能，相應(yīng)的熱電器件可以用來將廢熱轉(zhuǎn)換為可利用的電能，比如制成熱電發(fā)生器。反過來，也可以通過電能的轉(zhuǎn)化制成制冷機(jī)。<

2、br>　　起初，對(duì)熱電材料的研究主要集中在一些三維的無機(jī)半導(dǎo)體材料，例如Bi2Te3、PbTe、SnSe、Si、Ge和鈣鈦礦材料等。近年來，隨著納米材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)納米尺度下電子、聲子輸運(yùn)研究的不斷深入，對(duì)低維材料的熱電輸運(yùn)性質(zhì)的研究越來越多。熱電材料的能量轉(zhuǎn)換效率取決于其品質(zhì)因子ZT。要達(dá)到商用目的，材料的ZT值應(yīng)該在3以上。
　　費(fèi)米面附近電子態(tài)密度隨能量變化梯度越大，Seebeck系數(shù)就越大，而聲子玻璃材料的聲子熱

3、導(dǎo)率較低。因此，低維電子和玻璃聲子是提高熱電材料效率的兩個(gè)重要的因素，并且構(gòu)成了熱電研究領(lǐng)域的兩個(gè)重要的分支。我們既可以通過控制低維材料的電子輸運(yùn)，也可以通過在塊體材料中運(yùn)用聲子設(shè)計(jì)來提高熱電轉(zhuǎn)換效率。目前的工作已經(jīng)能夠?qū)烧吆芎玫慕Y(jié)合起來，即將聲子工程運(yùn)用到低維材料中。
　　本文我們提出了一種新的提高ZT因子的方案，將低維電子輸運(yùn)運(yùn)用到塊體的聲子玻璃晶體中。我們以有機(jī)分子晶體 Bis-Dithienothiophene為例，提出

4、可以在保持分子晶體的低熱導(dǎo)率的情況下，通過利用其一維電子能帶來提高其熱電輸運(yùn)效率，從而提高ZT值。通過第一性原理計(jì)算，結(jié)合理論分析，我們證明了這一方案的可行性。在不對(duì)材料進(jìn)行任何參數(shù)優(yōu)化的情況下，我們得到在室溫時(shí)的熱電優(yōu)值ZT為1.48。與此同時(shí)，我們也推測(cè)該方案應(yīng)該同樣適用于一些無機(jī)的晶體材料。雖然有機(jī)熱電材料具有很多優(yōu)勢(shì)，比如：柔性、廉價(jià)、無毒、輕便等，但對(duì)于有機(jī)材料的理論研究尚不成熟，而且一般的有機(jī)材料的ZT大都比較小。因此，這屬