【摘 要】
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近年来,二维热电材料因其无噪声,温度可控,使用寿命长等优点吸引了广泛的研究兴趣。开发室温热电优值(ZT)大于1.0的二维热电材料是目前热电研究领域的一个重要方向。本文主要采用第一性原理方法研究二维单层PtX_2(X=O,S,Se,Te)及YSi_2N_4(Y=Ti,Zr,Hf)的热电性质,获得ZT随温度的变化规律,得到室温高ZT,并阐明机理。主要研究内容和结果如下:首先计算了四种单层PtX_2的电
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近年来,二维热电材料因其无噪声,温度可控,使用寿命长等优点吸引了广泛的研究兴趣。开发室温热电优值（ZT）大于1.0的二维热电材料是目前热电研究领域的一个重要方向。本文主要采用第一性原理方法研究二维单层PtX2（X=O,S,Se,Te）及YSi2N4（Y=Ti,Zr,Hf）的热电性质,获得ZT随温度的变化规律,得到室温高ZT,并阐明机理。主要研究内容和结果如下:首先计算了四种单层PtX2的电子能带、声子谱及热电性质。结果表明,这些材料具有稳定结构,属于间接带隙半导体,其HSE06带隙在0.5～3.5 e V之间。与其它多种二维半导体相比,PtX2具有较低的晶格热导率,在0.207 WK-1M-1到0.643 WK-1M-1之间。这使得它们在300 K时有较大的ZT,分别为:1.65（Pt Te2）、1.42（Pt S2）、0.94（Pt O2）和0.84（Pt Se2）。此外,对晶格施加1%的拉伸应变后,仍可获得1.29（Pt S2）和1.02（Pt Te2）的高ZT（300 K）。这些结果表明,二维单层PtX2是一种有潜力的室温热电材料。本文还研究了二维单层YSi2N4（Y=Ti,Zr,Hf）的热电性质。这些材料都拥有间接带隙,在0.1～2.0 e V之间。相比于四种单层PtX2材料,单层YSi2N4的热导率大了约一个数量级,因此ZT较低。在300 K时,ZT分别为:0.507（Zr Si2N4）、0.506（Ti Si2N4）及0.351（Hf Si2N4）。综上所述,本论文预测了四种具有室温高ZT的二维单层PtX2,阐明了相关机理,还预测了二维单层YSi2N4的ZT,这些结果可为设计相关二维热电器件提供理论参考。
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