多孔氮化石墨烯纳米结构的热电性质

《多孔氮化石墨烯纳米结构的热电性质》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10530学号201510121181分类号O469密级硕士学位论文多孔氮化石墨烯纳米结构的热电性质学位申请人曹威指导教师肖化平副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算凝聚态物理二零一八年六月八日ThermoelectricPropertiesofNitrogenatedHoleyGrapheneNanostructuresCandidateWeiCaoSupervisorHuapingXiaoCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsP

2、rogramPhysicsSpecializationComputationalcondensedmatterphysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune8th,2016摘要随着石墨烯的成功制备，关于二维纳米材料的研究引起了人们的广泛关注。相比于传统块体材料，二维纳米材料具有许多优异的性能，特别是在热电领域。热电材料作为解决能源危机的有效手段，它能够直接转化热能和电能，其转化效率可以通过无量纲的ZT值来衡量。因此，研究

3、二维纳米材料的热电性质具有十分重要的意义。最近，实验上制备了一种新型二维材料多孔氮化石墨烯（C2N）纳米结构。C2N具有与石墨烯类似的蜂窝状结构，而且它的热导要比石墨烯更低，这说明C2N将会是极具潜力的热电材料。在本文中，我们系统地研究了不同宽度以及不同边缘的C2N纳米带的热电性质，并提出了两种提高C2N纳米带热电性质的有效手段，我们的研究结果可为制造高性能的热电器件提供有益的理论指导。本文主要内容如下：1.我们采用非平衡格林函数方法计算了不同宽度以及不同边缘的C2N纳米带的热电性质。锯齿型C2N纳米

4、带的热电性质几乎不随宽度的变化而改变，电子传输和空穴传输的ZT值分别为0.75和0.2；对于扶手型C2N纳米带，由于电子透射系数和电导的不规则增长率，电子传输的ZT值呈现出震荡变化，而空穴传输的ZT随着宽度逐渐减小，其电子和空穴传输的准稳定热电品质因子值约为0.6和0.2。与石墨烯纳米带（热电品质因子在室温下约为0.05）相比，C2N纳米带（特别是锯齿型C2N纳米带）更适合于碳基热电材料。2.我们采用非平衡格林函数方法研究了扭结型C2N纳米带的热电性质。我们发现，扭结型C2N纳米带的ZT值总是大于完美

5、的C2N纳米带。扭结型C2N纳米带对于电子传输的最大ZT值为1.5，大约是完美的C2N纳米带ZT值的两倍。导致ZT值增大的主要原因是塞贝克系数的增大和热导的降低。计算结果表明，适当的扭结型结构可大大提高ZT值。3.我们采用非平衡格林函数方法研究了嵌有菱形量子点的锯齿型C2N纳米带的热电性能。当菱形量子点的长度固定时，电子传输的ZT值随宽度的变化并不明显，而空穴传输的ZT值随着宽度的增加而减小。此外，无论是电子传输还是空穴传输，长度较短的量子点总是具有更好的热电性能，电子传输的ZT值总是高于空穴传输的Z

6、T值。计算结果表明，菱形量子点的嵌入是提高C2N纳米带热电性能的一种有效方法。关键词：热电材料；多孔氮化石墨烯；非平衡格林函数；热输运IAbstractWiththesuccessfulfabricationofgraphene,theresearchontwo-dimensionalnanomaterialshasattractedwidespreadinterest.Comparedwithtraditionalbulkmaterials,two-dimensionalnanomaterialse

7、xhibitmanyexcellentproperties,especiallyinthermoelectricfield.Asaneffectivewaytosolvetheenergycrisis,thermoelectricmaterialscandirectlytransformtemperaturegradientsintoelectricvoltageandviceversawhichismeasuredbyZTvalue.Therefore,itisofgreatsignificance

8、tostudythethermoelectricpropertiesoftwo-dimensionalnanomaterials.Recently,anew2Dgraphenevariant-nitrogenatedholeygraphene(C2N)hasbeenproposedandsynthesizedsuccessfully.TheroomtemperaturethermalconductivityofC2Nismuchlowerthanthat