“V”型石墨烯纳米带热电性质的第一性原理研究

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针对全球的能源危机加重问题,人们对热电材料的热电性质研究越来越深入。低维热电材料因其优异的热电性质被广泛研究,其中研究比较多的是石墨烯纳米带。本论文采用密度泛函理论和玻尔兹曼输运理论的方法研究了“V”型石墨烯纳米带的热电输运性质。首先我们根据“V”型石墨烯纳米带的模型计算出能带结构,在此基础上研究了在不同温度下未掺杂和氮掺杂“V”型石墨烯纳米带的塞贝克系数、电导率和热电功率因子随化学势的变化规律;接下来又研究了温度为300K、500K和700K时的未掺杂和氮掺杂的“V”型石墨烯纳米带的塞贝克系数、电导率和热电功率因子随载流子浓度的变化规律。  计算结果表明:未掺杂和氮掺杂“V”型石墨烯纳米带的能带结构很相近,并且随着温度的升高,塞贝克系数、电导率和热电功率因子的值有所降低。氮掺杂比未掺杂的“V”型石墨烯纳米带的费米能级向价带移动,塞贝克系数的绝对值增大。通过掺杂氮原子可以改变“V”型石墨烯纳米带的电导率值。因为热电功率因子是塞贝克系数和电导率共同作用的结果,通过计算发现,掺杂氮原子后的“V”型石墨烯纳米带的热电功率因子增大。当掺杂氮原子的“V”型石墨烯纳米带载流子是空穴时,在浓度为1021cm-2时,热电功率因子达到7.69×1011W/K2ms。
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