空位缺陷石墨烯条带的热输运性质

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1、学校代码10530学号201330101098分类号O469密级硕士学位论文空位缺陷石墨烯条带的热输运性质学位申请人沈雨露指导教师谢国锋教授学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算物理学二〇一六年五月二十日万方数据Thermaltransportpropertiesofvacancy-defectivegrapheneribbonsCandidateYuluShenSupervisorProfessorGuofengXieCollegePhysicsandOptoelectronicengineeringProgramPhysicsSpecializationComputation

2、alMatterPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay2016万方数据I万方数据摘要能源危机的日益加剧以及较低的能源利用效率促使人们希望尽可能高的提高能源利用率，热电材料可以实现电能与热能的转化，有望将废热转化为电能再次为人们所用。近年来，石墨烯由于具有诸多优良的性质，成为了凝聚态物理的热点之一。在石墨烯的实际制备过程中会不可避免的引入缺陷，形成缺陷石墨烯条带。研究表明，空位缺陷石墨烯条带相比于完美的石墨烯条带而言具有极低的热导率，因此，空位缺陷石墨烯条带有望成为性能优异的低维热电材料。本文采用玻尔兹曼输运

3、方法计算了空位缺陷石墨烯条带的热导率。在空位对声子散射影响中，结合Klemens微扰理论与BOLS键弛豫理论研究了石墨烯条带中空位缺陷周围低配位数原子对声子散射的影响。研究表明，对于体材料，低配位数原子力常数改变对声子散射的散射率相比于由于质量和键位缺失对声子散射的散射率小三个数量级，低配位数原子力常数改变对声子散射的影响可以忽略；对于二维材料石墨烯，低配位数原子力常数改变对声子散射的影响与由于质量和键位缺失对声子散射的影响量值相当，低配位数原子力常数改变对声子散射的影响不可忽略。在此模型基础之上讨论了条带尺寸和边缘粗糙度对空位缺陷石墨烯条带热输运性质的影响和调控。计算表明，由于空位缺陷的存在

4、，高频声子受到抑制，对热导率的贡献起到主要作用的是低频段声子，低频声子表现出弹道输运的特性，最终导致空位缺陷石墨烯条带热导率相比于纯净石墨烯条带长度依赖性明显增强，宽度依赖性明显减弱，粗糙度依赖性也呈减弱趋势。这些研究结果表明，在石墨烯条带中引入单空位缺陷并依据实际需求设计条带尺寸可以较为有效地调控石墨烯条带的热输运性质。关键词：石墨烯条带；玻尔兹曼输运方程；热导率；空位缺陷II万方数据AbstractThegrowingenergycrisisandthelowerenergyuseefficiencymakepeopletoimprovetheenergyutilizationrateas

5、highaspossible.Thermoelectricmaterialscanrealizepowerandheatenergyconversion,whichisexpectedtoconvertwasteheatintoelectricalenergyagainforpeopletouse.Inrecentyears,Graphenehasbecomeoneofthehotspotsincondensedmatterphysicsbecauseofitsexcellentphysicalproperties.Inthepreparationprocessofgraphene,itisi

6、nevitabletointroducedefectsingrapheneribbons,makinggrapheneribbonsbecomethedefectiveone.Manystudiesshowthatvacancydefectivegrapheneribbonshaveaultralowerthermalconductivitycomparedtothepristineones,andtherefore,thevacancydefectivegrapheneribbonsareexpectedtobethelowdimensionalthermoelectricmaterials

7、withexcellentproperties.Inthisthesis,byusingKlemens’perturbationtheorycombinedwiththemechanismofbond-order-length-strengthcorrelation,thethermaltransportpropertiesofvacancy-defectivegrapheneribbonswas