殼層摻雜硅納米線熱導率的分子動力學模擬.pdf

1、熱電材料作為一種重要的能量轉換材料，因為其高效無污染的能量轉化利用方式和制冷方式，已經越來越受材料研究學者的重視。熱電材料效能的高低是通過熱電優(yōu)值來決定的，ZT=S2σT/k，其中T表示絕對溫度，S表示塞貝克系數，σ表示電導率，k表示材料總的熱導率。我們可以在不影響其他因素的情況下，通過減小熱導率k來提高ZT值。
　　開發(fā)一種價格低廉且可持續(xù)提供的清潔能源對于未來的發(fā)展需要是很重要的。盡管硅因為其廉價和高產的優(yōu)勢，已經被廣泛的應用

2、于半導體產業(yè),但是由于硅體材料的熱導率很高，從而導致了熱電優(yōu)值很小ZT~0.01，這使得長期以來硅成為一種非常無效的熱電材料。幸運的是，研究發(fā)現納米化處理可以大大降低硅的熱導率。實驗已經發(fā)現硅納米線的熱電優(yōu)值ZT要比硅體材料提高接近100倍。
　　最近，Si-G e核殼結構的納米線由于其良好的跨導和較高的載流子遷移率等特性，成為研究的熱點。在核殼結構納米線中，電子和聲子的傳播是解耦合的，這對于提高熱電性能是很有利的。研究表明，Si

3、-Ge核殼結構和Ge-Si核殼結構的納米線的熱導率都非常小。在之前的核殼結構納米線熱導率的研究中，殼層原子的組份都是單一的，熱導率減小的原因主要來自于界面效應。我們推斷，通過調整殼層區(qū)域原子的組份，將界面效應和雜質散射效應結合起來，可以進一步減小Si-G e核殼結構納米線的熱導率。在本論文中，應用非平衡態(tài)分子動力學模擬的方法研究了Si/GexSi1-x核殼結構納米線的熱導率，結果表明殼層區(qū)域中 Ge原子的摻雜濃度對納米線的熱導率有強烈的

4、影響，Si/Ge0.6Si0.4核殼結構納米線的熱導率明顯的低于Si/G e核殼結構納米的熱導率。為了解釋熱導率減小的原因，我們進行了晶格振動模式的分析，發(fā)現在殼層摻雜的硅納米線中，從1.0 THz到2.0 THz和9.0 THz到16.0 THz范圍內的聲子模式都被強烈地局域化了。此外，我們還對局域模式的空間分布進行了計算，結果表明局域模式主要分布在殼層區(qū)域內，且這些局域模式強烈抑制了熱流在殼層摻雜硅納米線中的傳播，這很好的解釋了熱導