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纳米陶瓷中限域效应与界面效应对热电性能影响的理论研究

张睿智 陈文灏 杨璐娜

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纳米陶瓷中限域效应与界面效应对热电性能影响的理论研究

张睿智, 陈文灏, 杨璐娜

Confinement effect and interface effects on the thermoelectric properties of nano-ceramics: theoretical study

Zhang Rui-Zhi, Chen Wen-Hao, Yang Lu-Na
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  • 采用玻尓兹曼输运方程与密度泛函计算相结合的方法, 理论研究了限域效应与界面效应对SrTiO3纳米陶瓷热电性能的影响. 理论计算的结果表明, 室温下纳米陶瓷的热电优值较单晶有了大幅度提高, 可达到0.8. 热电优值的提高主要来源于晶粒内的声子限域效应与电子在晶界处的界面能量过滤效应, 电子的限域效应与声子的界面散射效应起到了辅助作用. 本文结论也可推广至其他材料, 因此对高性能热电纳米陶瓷的设计将起到积极的作用.
    The influences of electron and phonon confinement and interface effects on the thermoelectric performance of SrTiO3 nano-ceramic are studied by using the Boltzmann transport equations and density functional calculations. Theoretical calculations show that the figure of merit of nano-ceramic is greatly improved up to 0.8 at room temperature. The improvement is due mainly to the phonon confinement effect and the electronic energy filtering effect at the grain boundary. The electron confinement effect and the interface phonon scattering effect play a supporting role. These results may be conducive to the design of high-performance thermoelectric nano-ceramic.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(批准号: 11104220); 陕西省自然科学基础研究计划(批准号: FS11107); 陕西省教育厅自然科学基金专项(批准号: 11JK0522)和西北大学科学研究基金(批准号: NS10013)资助的课题.
    • Funds: Project supported by Young Scientists Fund of National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11104220), Natural Science Basic Research Plan in Shaanxi Province of China (Grant No. FS11107), the Special Item Foundation of Educational Committee of Shaanxi Province, China (Grant No. 11JK0522) and Science Foundation of Northwest University, China (Grant No. NS10013).
    [1]

    Rowe D M 2006 Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, (New York: CRC Press)

    [2]

    Dresselhaus M, Chen G, Tang M, Yang R G, Lee H, Wang D Z, Ren Z F, Fleurial J P, Gogna P 2007 Adv. Mater. 19 1043

    [3]

    Ohta H, Kim S, Mune Y, Mizoguchi T, Nomura K, Ohta S, Nomura T, Nakanishi Y, Ikuhara Y, Hirano M, Hosono H, Koumoto K 2007 Nature Mater. 6 129

    [4]

    Balandin A, Wang K L 1998 J. Appl. Phys. 84 6149

    [5]

    Tripathi M N, Bhandari C M 2007 Euro. Phys. J. B 59 503

    [6]

    Poude L B, Hao Q, Ma Y, Lan Y, Minnich A, Yu B, Yan X, Wang D, Muto A, Vashaee D, Chen X, Liu J, Dresselhaus M S, Chen G, Ren Z 2008 Science 320 634

    [7]

    Vashaee D, Shakouri A 2004 Phys. Rev. Lett. 92 106103

    [8]

    Koumoto K, Wang Y F, Zhang R Z, Fujinami K, Kosuga A, Funahashi R 2010 Ann. Rev. Mater. Res. 40 363

    [9]

    Zhang R Z, Wang C L, Li J C, Mei L M 2009 Acta Phys. Sin. 58 7162 (in Chinese) [张睿智, 王春雷, 李吉超, 梅良模 2009 物理学报 58 7162]

    [10]

    Shanthi N, Sarma D D 1998 Phys. Rev. B 57 2153

    [11]

    Okuda T, Nakanishi K, Miyasaka S, Tokura Y 2001 Phys. Rev. B 63 113104

    [12]

    Muta H, Kurosaki K, Yamanaka S 2005 J. Alloy. Comp. 392 306

    [13]

    Cui D F, Wang H H, Dai S Y 2002 Acta Phys. Sin. 51 187 (in Chinese) [崔大复, 王焕华, 戴守愚 2002 物理学报 51 187]

    [14]

    Callaway J 1959 Phys. Rev. 113 1046

    [15]

    Nolas G S, Sharp J, Goldsmid H J 2001 Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Development ( Berlin: Springer)

    [16]

    Yang J, Li H M, Wu T, Zhang W Q, Chen L D, Yang J H 2008 Adv. Funct. Mater. 18 2880

    [17]

    Ohta S, Nomura T, Ohta H, Koumoto K 2005 J. Appl. Phys. 97 034106

    [18]

    Zhang R Z, Wang C L, Li J C, Zhang J L, Zhao M L, Liu J, Zheng P, Zhang Y F, Mei L M 2010 Solid State Sci. 12 1168

    [19]

    Mune Y, Ohta H, Koumoto K, Mizoguchi T, Ikuhara Y 2007 Appl. Phys. Lett. 91 192105

    [20]

    Cahill D G, Watson S K, Pohl R O 1992 Phys. Rev. B 46 6131

    [21]

    Kim W, Wang R, Majumdar A 2007 Nano Today 2 40

  • [1]

    Rowe D M 2006 Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano, (New York: CRC Press)

    [2]

    Dresselhaus M, Chen G, Tang M, Yang R G, Lee H, Wang D Z, Ren Z F, Fleurial J P, Gogna P 2007 Adv. Mater. 19 1043

    [3]

    Ohta H, Kim S, Mune Y, Mizoguchi T, Nomura K, Ohta S, Nomura T, Nakanishi Y, Ikuhara Y, Hirano M, Hosono H, Koumoto K 2007 Nature Mater. 6 129

    [4]

    Balandin A, Wang K L 1998 J. Appl. Phys. 84 6149

    [5]

    Tripathi M N, Bhandari C M 2007 Euro. Phys. J. B 59 503

    [6]

    Poude L B, Hao Q, Ma Y, Lan Y, Minnich A, Yu B, Yan X, Wang D, Muto A, Vashaee D, Chen X, Liu J, Dresselhaus M S, Chen G, Ren Z 2008 Science 320 634

    [7]

    Vashaee D, Shakouri A 2004 Phys. Rev. Lett. 92 106103

    [8]

    Koumoto K, Wang Y F, Zhang R Z, Fujinami K, Kosuga A, Funahashi R 2010 Ann. Rev. Mater. Res. 40 363

    [9]

    Zhang R Z, Wang C L, Li J C, Mei L M 2009 Acta Phys. Sin. 58 7162 (in Chinese) [张睿智, 王春雷, 李吉超, 梅良模 2009 物理学报 58 7162]

    [10]

    Shanthi N, Sarma D D 1998 Phys. Rev. B 57 2153

    [11]

    Okuda T, Nakanishi K, Miyasaka S, Tokura Y 2001 Phys. Rev. B 63 113104

    [12]

    Muta H, Kurosaki K, Yamanaka S 2005 J. Alloy. Comp. 392 306

    [13]

    Cui D F, Wang H H, Dai S Y 2002 Acta Phys. Sin. 51 187 (in Chinese) [崔大复, 王焕华, 戴守愚 2002 物理学报 51 187]

    [14]

    Callaway J 1959 Phys. Rev. 113 1046

    [15]

    Nolas G S, Sharp J, Goldsmid H J 2001 Thermoelectrics: Basic Principles and New Materials Development ( Berlin: Springer)

    [16]

    Yang J, Li H M, Wu T, Zhang W Q, Chen L D, Yang J H 2008 Adv. Funct. Mater. 18 2880

    [17]

    Ohta S, Nomura T, Ohta H, Koumoto K 2005 J. Appl. Phys. 97 034106

    [18]

    Zhang R Z, Wang C L, Li J C, Zhang J L, Zhao M L, Liu J, Zheng P, Zhang Y F, Mei L M 2010 Solid State Sci. 12 1168

    [19]

    Mune Y, Ohta H, Koumoto K, Mizoguchi T, Ikuhara Y 2007 Appl. Phys. Lett. 91 192105

    [20]

    Cahill D G, Watson S K, Pohl R O 1992 Phys. Rev. B 46 6131

    [21]

    Kim W, Wang R, Majumdar A 2007 Nano Today 2 40

  • [1] 陳螢, 闫裕杰, 武岳彤, 王奇思. 铜氧化物超导体电荷序的共振X射线散射研究进展. 物理学报, 2025, 74(8): . doi: 10.7498/aps.74.20241402
    [2] 李洋帆, 郭红霞, 张鸿, 白如雪, 张凤祁, 马武英, 钟向丽, 李济芳, 卢小杰. 双沟槽SiC 金属-氧化物-半导体型场效应管重离子单粒子效应. 物理学报, 2024, 73(2): 026103. doi: 10.7498/aps.73.20231440
    [3] 陈盛如, 林珊, 洪海涛, 崔婷, 金桥, 王灿, 金奎娟, 郭尔佳. 钴氧化物中晶格与自旋的关联耦合效应研究. 物理学报, 2023, 72(9): 097502. doi: 10.7498/aps.72.20230206
    [4] 冉峰, 梁艳, 张坚地. 氧化物异质界面上的准二维超导. 物理学报, 2023, 72(9): 097401. doi: 10.7498/aps.72.20230044
    [5] 张定, 朱玉莹, 汪恒, 薛其坤. 转角铜氧化物中的约瑟夫森效应. 物理学报, 2023, 72(23): 237402. doi: 10.7498/aps.72.20231815
    [6] 徐晗, 张璐. 空间电荷层效应对固体氧化物燃料电池三相界面附近氧空位传输的影响. 物理学报, 2021, 70(12): 128801. doi: 10.7498/aps.70.20210012
    [7] 崔树稳, 李璐, 魏连甲, 钱萍. 双层石墨烯层间限域CO氧化反应的密度泛函研究. 物理学报, 2019, 68(21): 218101. doi: 10.7498/aps.68.20190447
    [8] 丁翠, 刘充, 张庆华, 龚冠铭, 汪恒, 刘效治, 孟繁琦, 杨好好, 武睿, 宋灿立, 李渭, 何珂, 马旭村, 谷林, 王立莉, 薛其坤. 单层FeSe薄膜/氧化物界面高温超导. 物理学报, 2018, 67(20): 207415. doi: 10.7498/aps.67.20181681
    [9] 郑齐文, 崔江维, 王汉宁, 周航, 余徳昭, 魏莹, 苏丹丹. 超深亚微米互补金属氧化物半导体器件的剂量率效应. 物理学报, 2016, 65(7): 076102. doi: 10.7498/aps.65.076102
    [10] 陈海峰. 反向衬底偏压下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生电流特性研究. 物理学报, 2013, 62(18): 188503. doi: 10.7498/aps.62.188503
    [11] 沈应龙, 唐春梅, 盛秋春, 刘双, 李文涛, 王龙飞, 陈丹平. 铈铕共掺高钆氧化物玻璃的发光性能及能量传递效应. 物理学报, 2013, 62(11): 117803. doi: 10.7498/aps.62.117803
    [12] 孙鹏, 杜磊, 陈文豪, 何亮, 张晓芳. 金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究. 物理学报, 2012, 61(10): 107803. doi: 10.7498/aps.61.107803
    [13] 路洪艳, 陈三, 刘保通. 铜氧化物超导体两能隙问题的电子拉曼散射理论研究. 物理学报, 2011, 60(3): 037402. doi: 10.7498/aps.60.037402
    [14] 陈建军, 陈书明, 梁斌, 刘必慰, 池雅庆, 秦军瑞, 何益百. p型金属氧化物半导体场效应晶体管界面态的积累对单粒子电荷共享收集的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 086107. doi: 10.7498/aps.60.086107
    [15] 戴世勋, 徐铁峰, 聂秋华, 沈 祥, 张军杰, 胡丽丽. 荧光俘获效应对掺饵氧化物玻璃光谱性质的影响. 物理学报, 2006, 55(3): 1479-1485. doi: 10.7498/aps.55.1479
    [16] 吴建宝. 层状铜氧化物超导体的有限温Landau理论. 物理学报, 2006, 55(4): 2049-2056. doi: 10.7498/aps.55.2049
    [17] 张廷庆, 刘传洋, 刘家璐, 王剑屏, 黄智, 徐娜军, 何宝平, 彭宏论, 姚育娟. 低温低剂量率下金属-氧化物-半导体器件的辐照效应. 物理学报, 2001, 50(12): 2434-2438. doi: 10.7498/aps.50.2434
    [18] 陈晓波, N.Sawanobori, 聂玉昕. 氟氧化物玻璃陶瓷中交叉能量传递与荧光防伪的初步研究. 物理学报, 2000, 49(12): 2488-2493. doi: 10.7498/aps.49.2488
    [19] 王剑屏, 徐娜军, 张廷庆, 汤华莲, 刘家璐, 刘传洋, 姚育娟, 彭宏论, 何宝平, 张正选. 金属-氧化物-半导体器件γ辐照温度效应. 物理学报, 2000, 49(7): 1331-1334. doi: 10.7498/aps.49.1331
    [20] 康晋锋, 陈新, 王佑祥, 韩汝琦, 熊光成, 连贵君, 李杰, 吴思诚. 正常态金属与氧化物高温超导薄膜界面扩散特性分析. 物理学报, 1995, 44(11): 1831-1838. doi: 10.7498/aps.44.1831
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-12-16
  • 修回日期:  2012-03-09
  • 刊出日期:  2012-09-05

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