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二硒化钨纳米条带:一种新型高性能热电材料

点击数:1397 来源:本院 作者:本院 更新时间:2016-05-25

热电材料是一种能将残余热能转化为可利用电能的材料,随着能源危机的进一步加重,热电材料在可再生能源领域所展现出来的作用也日益明显。热电材料基于热电效应,包括塞贝克效应、珀尔帖效应等,其转化效率可用一个无量纲常量来表示,定义为热电优值(),其中G为电导率、S为塞贝克系数、T为绝对温度、σ为热导率。热电优值越大,则转化效应越高,然而,定义热电优值的几个物理量并非相互独立,而是互相影响的,导致热电优值停留在一个较低值范围。在商业应用领域,目前常见的热电材料其热电优值往往小于1,也因此,寻求一种新型的高热电优值材料有很高的应用意义。低维材料往往能展现出与宏观材料差异很大的特性,同时在低维结构中定义热电优值的几个物理量之间的关联性会减弱,这也就为寻找高性能热电材料提供了一条新的路径。

1 锯齿形和扶手椅形二硒化钨纳米条带

2 加氢钝化前后锯齿形条带热电性能对比

近日,吕树申教授课题组的陈楷炫博士、罗智勇博士利用第一性原理计算方法,从理论上研究了过渡金属硫系化物中二硒化钨(WSe2)纳米条带的电子输运、声子输运以及热电输运特性。类似于石墨烯条带的命名特性,WSe2纳米条带同样可以分为锯齿形(Armchair)和扶手椅形(Zigzag)两种。研究表明,锯齿形WSe2纳米条带在条带宽度很小的情况下展现出金属性,随着条带变宽出现了金属到半导体的转换,带隙也逐渐增大;对于扶手椅形条带,则一直呈现为金属性。从热电输运结果可以知道,锯齿形条带具备很高的热电优值,最优结果接近2.2,是一种潜在的高性能热电材料。通过探索其高热电优值产生的机制的加氢钝化对比,其性能来源于条带边缘的不规则效应而导致的结构重整。相关研究成果以题为“WSe2 Nanoribbons: New High-performance Thermoelectric Materials”发表在《Physical Chemistry Chemical Physics》杂志上。(Kai-Xuan. Chen, Zhi-Yong. Luo, Dong-Chuan. Mo and Shu-Shen. Lyu, Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, DOI: 10.1039/C6CP02456D., IF = 4.493