通过黑磷中正交的电导与热导提升热电效率
材料科学
2015-01-06 v1 介观与纳米尺度物理
计算物理
摘要
利用 Seebeck 效应的热电器件将热流转化为电能，对于开发便携式、固态、被动供电的电子系统极具吸引力。此类器件的转换效率由无量纲热电品质因数（ZT）来量化，该因数与器件电导与其热导的比值成正比。通过全尺度层级架构，材料已实现高 ZT（>2）。这种效率在高温（700K~900K）下得以保持，但在较低温度下迅速衰减。在本文中，我们评估了一种近期制备的名为黑磷（单层黑磷）的二维（2D）半导体的热电能力。第一性原理计算与模型计算表明，黑磷具有空间各向异性的电导和热导。突出的导电和导热方向彼此正交，从而提高了这些导率的比值。因此，在 T=500K 时，沿黑磷的扶手椅方向 ZT 可达到 2.5（商业部署的标准），并且在室温下，给定中等掺杂（~2 x 10^16 m-2），ZT 仍大于 1。最终，黑磷作为一种环保且具有前所未有的优异特性的热电材料脱颖而出：本质上，它是一种在低温（~ 300K）下能高效转换热能的机械柔性材料——其性能无需任何复杂的工程技术手段即可实现。
引用
@article{arxiv.1405.2836,
title = {Enhanced Thermoelectric Efficiency via Orthogonal Electrical and Thermal Conductances in Phosphorene},
author = {Ruixiang Fei and Alireza Faghaninia and Ryan Soklaski and Jia-An Yan and Cynthia Lo and Li Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1405.2836},
year = {2015}
}
备注
22 pages with 6 figures