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1、学校代码10530学号201510121191分类号密级硕士学位论文石墨炔纳米管热电输运性质的研究学位申请人李娜指导教师钟建新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二〇一八年六月八日InvestigationofthethermoelectricpropertiesofgraphynenanotubesCandidateNaLiSupervisorProfessorJianxinZhongCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramPhysicsSpeciali
2、zationComputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune8th,2018摘要近年来，能源短缺与环境污染问题日益严峻，为解决这两大问题，热电转换技术得到了人们广泛的关注。热电材料能够实现电能与热能之间的直接转换，是一种新型的能源材料，其转换效率可以用一个无量纲的品质因子ZT来评估。自从2004年石墨烯成功地从实验上制备出来之后，碳纳米材料成为了科研工作者们关注的热点。研究表明，石墨烯具有良好的电学、机械力学性能，可以在实际生活
3、中的诸多领域得到广泛应用。但是石墨烯并不是优异的热电转换材料，这主要是由于其本身具有较高的热导（在室温下，3单层石墨烯的热导大小可达5.30×10W/mK。为了弥补该性质的不足，科学家们探索了多种途径来提高石墨烯及其衍生结构的热电性能，发现通过构建不同结构、掺杂、施加应变等方式可以显著降低其热导，进而提高热电转换效率。同时科学家们将研究目标转向了碳的其他同素异形体。石墨炔——一种新型的碳同素异形体，本文基于密度泛函紧束缚模型（DFTB）结合非平衡格林函数（NEGF）研究了不同类型石墨炔纳米管的热电输运性能，以及应变调控对石墨炔纳米管
4、热电输运性能的影响。这些研究能为基于石墨炔热电器件的设计及制备奠定理论基础。本文的主要研究内容如下：1、我们研究了管径大小相近的四种不同种类石墨炔纳米管（α-GNTs，β-GNTs，6,6，12-GNTs以及γ-GNTs）的热电性能，结果表明热导的大小主要取决于石墨炔纳米管结构中炔键数量的多少，其中α-GNTs的热导最低，γ-GNTs热导最大，且扶手型、锯齿形6,6，12-GNTs和γ-GNTs的热电品质因子较大。基于6,6,12-GNTS，我们研究了管径尺寸对热电品质因子ZT的影响。研究结果表明：锯齿型6,6,12-GNTs的ZT
5、随着管径的增大呈现振荡衰减的变化关系。扶手型的6,6,12-GNTs，ZT随着管径N（N代表的是石墨炔纳米管圆周上原胞的数量，即管径的大小）的增大逐渐减小。2、以ZGNTs为例，我们研究了径向应变对γ-GNTs热电性能的影响。通过研究发现，ZT值随着应变的增加先增大后减小。我们还研究了不同尺寸、不同手性石墨炔纳米管在施加应变时热电性能的变化。结果表明，施加适当的应变的确可显著提高石墨炔纳米管的热电转换效率。关键词：石墨炔；热电输运性质；密度泛函紧束缚（DFTB）；非平衡格林函数方法IAbstractRecently,theprobl
6、emofenergyshortageandenvironmentalpollutionisbecomingmoreandmoreserious.Inordertosolvethesetwoproblems,thermoelectricconversiontechnologyhasattractedextensiveattention.Thermoelectricmaterialscanachievedirectconversionbetweenelectricenergyandheatenergy,isanewtypeofenerg
7、ymaterialwhoseconversionefficiencycanbeevaluatedbyadimensionlessqualityfactorZT.Sincegraphenewassuccessfullypreparedfromexperimentin2004,carbonnanomaterialshavebecomeahottopicforresearchers.Researchshowsthatgraphenehasgoodelectronicandmechanicalproperties,andcanbeappli
8、edtomanyareasofpracticallife.However,grapheneisnotanexcellentthermoelectricconversionmaterial,whichismainlyduetoitshi
