研究背景

熱電技術(shù)是一種通過(guò)利用材料的 Seebeck 效應(yīng)將廢熱轉(zhuǎn)換為電能的方法。這種技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如不需要移動(dòng)部件，沒(méi)有機(jī)械損耗，可以在各種溫度下工作，可以直接從廢熱中提取能量并將其轉(zhuǎn)化為電能，因此具有巨大的潛力用于可持續(xù)能源發(fā)電和廢熱回收。

然而，當(dāng)前的熱電材料的效率仍然很低，限制了其實(shí)際應(yīng)用。其中一個(gè)主要限制是 ZT 值的限制，它是熱電材料效率的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。ZT 值的計(jì)算方法涉及到材料的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和 Seebeck 系數(shù)等參數(shù)，因此，要提高熱電材料的 ZT 值，需要解決高熱導(dǎo)率和低電導(dǎo)率之間的矛盾，以及改進(jìn) Seebeck 系數(shù)等方面的性能。

近年來(lái)，基于第一性原理計(jì)算和半經(jīng)典玻爾茲曼輸運(yùn)理論的理論計(jì)算方法為研究熱電材料提供了新途徑，可以通過(guò)計(jì)算材料的晶格結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)等參數(shù)，來(lái)預(yù)測(cè)材料的熱電性能，為實(shí)驗(yàn)制備提供指導(dǎo)。

在這樣的背景下，本文研究了 SiPGaS/As 范德華異質(zhì)結(jié)的熱電性能，通過(guò)理論計(jì)算預(yù)測(cè)了其性能參數(shù)和性能優(yōu)化途徑，為熱電材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了重要參考。

文章簡(jiǎn)介

論文作者使用基于密度泛函理論和半經(jīng)典玻爾茲曼輸運(yùn)理論的第一性原理計(jì)算，研究了 SiPGaS/As (模型 I 和模型 II) 范德華異質(zhì)結(jié)的熱電性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明，圖中所示兩種模型均表現(xiàn)出在常溫下低的晶格熱導(dǎo)率，當(dāng)施加 4% 的拉伸應(yīng)變時(shí)，模型 I 和模型 II 的 ZT 值分別提高了 24.5% 和 14.8%。重要的是，模型 II 超過(guò)了所有報(bào)道的異質(zhì)結(jié)的理論 ZT 值，在 700K 施加 4% 拉伸應(yīng)變時(shí)的最大熱電轉(zhuǎn)換效率(h)達(dá)到了 23.98%。ZTavg>1 表明 SiPGaS/As 范德華異質(zhì)結(jié)在廣泛溫度范圍內(nèi)具有實(shí)際熱電應(yīng)用的潛力。計(jì)算結(jié)果強(qiáng)調(diào)拉伸應(yīng)變是提高 ZT 值的有效途徑，值得未來(lái)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索。這些模型表現(xiàn)出極低的熱導(dǎo)率和優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)，使它們成為有實(shí)際應(yīng)用前途的熱電候選材料。

總之，上述研究為設(shè)計(jì)和優(yōu)化先進(jìn)熱電材料提供了有價(jià)值的見(jiàn)解，強(qiáng)調(diào)了 SiPGaS/As 范德華異質(zhì)結(jié)在高效轉(zhuǎn)換廢熱為電能方面的潛力。相關(guān)成果以 “High thermoelectric performance of two-dimensional SiPGaS/As heterostructures”(《二維 SiPGaS/As 異質(zhì)結(jié)的高熱電性能》)為題發(fā)表在英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)期刊?Nanoscale?上。