TiS2原子薄膜厚度对其热电性质影响的理论研究.pdf

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1、第30卷第3期无机化学学报Vo1．30No．32014年3月CHINESEJOURNALOFINORGANICCHEMISTRY506．510TiS2原子薄膜厚度对其热电性质影响的理论研究陈昊英张睿智赵佩曹利克(西北大学物理系，西安710069)摘要：本文采用玻尔兹曼输运方程与密度泛函计算相结合的方法，理论研究了薄膜厚度对二维TiS原子薄膜热电性能的影响。随着厚度的减小，薄膜的能带变平，电子有效质量增大而群速度减小，这造成了塞贝克系数的增大和电导率的减小。而且，薄膜的功率因子及最优载流子浓度也随厚度的减小而减小。我们讨论了薄膜功率因子减小的物理机制，并与其他二维体系的实验结果进

2、行了比较分析。关键词：热电材料；原子薄膜；层状材料中图分类号：0614．41+1；0613．51文献标识码：A文章编号：1001—4861(2014)03．0506—05DoI：10．11862／CJIC．2014．050InfluenceoftheLayerThicknessontheThermoelectricPropertiesofTiS2Nanosheets：aTheoreticalStudyCHENHao—YingZHANGRui—ZhiZHAOPeiCAOLi—Ke(DepartmentofPhysics，NorthwestUniversity,Xi∞，710069

3、，China)Abstract：Withthediscoveryofgraphene，twodimensionalnanosheetsareofgreatinterestduetotheirnovelphysics．Amongthese2Dsystems，transitionmetalsulficidnanosheetswithstrongcorrelatednatureandamplecompositionalvariationsattractmoreandmoreattention．Here，byusingdensityfunctionaltheorycalculation

4、sandsemi—classicBohzmanntransportequations，weinvestigatedtheinfluenceoflayerthicknessonthermoelectricpropertiesofTiS2nanosheets，whosecourtpartbulkmaterialalreadyshowssomepromisingthermoelectricperformance．Ourtheoreticalresultsshowthatwhenthethicknessisgreaterthanthecriticalthicknessforelectr

5、onicquantumconfinementandalsoissmallerthanthecriticalthicknessforphononconfinement，theTiS2nanosheetswillhavebetterthermoelectricperformancethanitscounterpartbulk．Thesefindingishelpfulfordesignnovelhighperformancethermoelectricmaterials．Keywords：thermoelectric；nanosheets；layeredmaterials0引言具有

6、不同于体材料的力学、电学、光学特性[1j。相对于传统的零维与一维的纳米体系，如纳米颗粒、纳米随着石墨烯等二维体系的发现．自支撑的原子管、纳米线等，原子薄膜的二维特性可以使其更方便'~(freestandingnanosheets)成为研究热点。原子薄的集成到器件中．因此具有很好的应用前景。除石墨膜只有几个原子层的厚度．而在面内方向的尺度可烯外．层状过渡金属硫化物的原子薄膜吸引了研究以达到几十纳米甚至微米量级．这种二维特性使其者们越来越多的注意力[2-31层状硫化物的结构与石收稿13期：2013．07—01。收修改稿日期：2013．10—01。国家自然科学基金(N0．111042

7、20)，陕西省自然科学基础研究计划(N0．2011JQ1012)~陕西省教育厅自然科学基金专项(No．11JK0522)资助项目。通讯联系人。E-mail：zhangrz@nwu．edu．cn510无机化学学报第30卷献可以抵消甚至超过电导率的减小．此情况下二维[2]NicolosiV，ChhowallaM，KanatzidisM，eta1．Science，2013，340：1226419．18体系的功率因子可以大于体材料Hicks的计算即【3]ButlerSZ，ButlerSZ，Holle