摘要：本文以石墨烯分子为基础，在理论上设计了石墨烯和磷烯-石墨烯这两个模型，采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法对其热电性质进行分析。分析表明，通过调控磷烯-石墨烯复合材料的热电参数电导G、热导率 、塞贝克系数S、Peltier 系数，可以有效提高它的品质因子 。这些结果对于研究复合材料的热电性能具有重要意义。95091

毕业论文关键词：石墨烯，磷烯-石墨烯，热电品质因子，非平衡格林函数

Abstract: This paper is based on Graphene molecules，the two models of Graphene and Phosphorene- Graphene were designed theoretically, and their thermoelectric properties were analyzed by density functional theory combined with non-equilibrium Green's function method。 The analysis shows that figure of merit  can be effectively improved by regulating the electrical conductance G , thermal conductivity, the thermo-power S and the Peltier coefficient of phosphene - graphene 。 These results are of great significance for the study of thermoelectric properties of composites。

Keywords: Graphene ,  Phosphorene- Graphene,  figure of merit  , the non-equilibrium Green’s function (NEGF) 

目  录

1 前言 4

2模型和计算模拟参数计算 4

3 结果与讨论 6

结  论 9

致  谢 11

1 前言

随着科学技术不断进步，电子器件逐步实现小型化、高度集成化的同时，其芯片热功率密度也以指数形式迅速增长[1]，局部温度过高会对设备的使用寿命和不变性产生重大影响。 因此，如何转移或排放由纳米器件发展产生的热量是目前急需解决的问题。同时，世界各国对能源的需求越来越大，为满足本国对能源的需求，各国都把工作重点放在研究和开发例如太阳能、核能等新能源上。但是我们也必须注意我们对能源的利用效率，大部分的能源均以热量性质流散掉，所以管理废热的效率也面临也巨大的挑战。开发新的高效低成本的热电材料和设备是当前的主要研究目标。论文网

目前，比较常见的就是磷烯和石墨烯两种新型的热电材料。石墨烯是由碳原子构成的二维六角蜂窝状晶体结构，通过在空间不同的扭转方式，可以获得其他维度的石墨烯材料[2]。随着石墨烯制备技术的成熟和相关技术的发展，石墨烯很快被用于制作触控屏幕、能源存储等领域[3]。磷烯，又称黑磷烯或二维黑磷，是一种从黑磷剥离出来的有序磷原子构成的、单原子层的、有直接带隙的二维半导体材料。它是具有直接带隙的半导体材料，其带隙可以依据黑磷层的数量进行调整 [4]。磷烯的特殊带隙特性使其在光电性能方面具有很大优势，提高了研究价值，成为半导体领域新材料研究的热点[5]。我们知道，磷烯是一种直接的带隙半导体，但在实际应用中，它通常受到其单一带隙的限制。而石墨烯的价带和导带在布里渊区的中心呈锥形[6]，因此是零带半导体或半金属，这是石墨烯材料的最大缺陷。 正是这种缺点削弱了诸如计算机等设备中的半导体开关中石墨烯材料的应用。

由上可见，磷烯与石墨烯各有优劣。但我们不难发现，石墨烯零带隙的缺陷正好可以用磷烯来弥补。如果我们能够综合两者优劣互补，研究出新型的热电材料，便可提高能源的利用率。我们知道，良好的热电材料要求热电品质因子 越大越好。 值越大，表明热电转化的效率越高。因此，热电材料研究的重点就是提高热电品质因子 。