低温热电能量转换中声子曳引效应的第一性原理优化
材料科学
2016-02-17 v2
摘要
尽管 300K 以上热电优值 zT 近期已取得显著改善，但低温下的进展依然缓慢，主要受限于相对较低的 Seebeck 系数和较高的热导率。本文首次成功在重掺杂区对声子曳引效应——电子与非平衡声子间的耦合现象——进行了第一性原理计算，并通过纳米结构化在降低声子热导率的同时优化该效应以增强 Seebeck 系数。我们的模拟定量识别了对声子曳引起主要贡献的声子，它们在频谱上与载热声子截然不同；并进一步揭示，尽管在重掺杂样品中声子曳引被减弱，但对 Seebeck 系数仍存在显著贡献。我们提出了一种理想声子滤波器，可将室温下硅的 zT 提高 20 倍至约 0.25，且在 100K 下增强可达 70 倍。这项工作通过利用非平衡声子，为开发更好的热电材料开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.1508.07858,
title = {Ab initio optimization of phonon drag effect for lower-temperature thermoelectric energy conversion},
author = {Jiawei Zhou and Bolin Liao and Bo Qiu and Samuel Huberman and Keivan Esfarjani and Mildred S. Dresselhaus and Gang Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:1508.07858},
year = {2016}
}