天津
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研究背景
热电技术是一种通过利用材料的 Seebeck 效应将废热转换为电能的方法。这种技术具有许多优点，例如不需要移动部件，没有机械损耗，可以在各种温度下工作，可以直接从废热中提取能量并将其转化为电能，因此具有巨大的潜力用于可持续能源发电和废热回收。
然而，当前的热电材料的效率仍然很低，限制了其实际应用。其中一个主要限制是 ZT 值的限制，它是热电材料效率的一个关键参数。ZT 值的计算方法涉及到材料的电导率、热导率和 Seebeck 系数等参数，因此，要提高热电材料的 ZT 值，需要解决高热导率和低电导率之间的矛盾，以及改进 Seebeck 系数等方面的性能。
近年来，基于第一性原理计算和半经典玻尔兹曼输运理论的理论计算方法为研究热电材料提供了新途径，可以通过计算材料的晶格结构、电子结构和输运性质等参数，来预测材料的热电性能，为实验制备提供指导。
在这样的背景下，本文研究了 SiPGaS/As 范德华异质结的热电性能，通过理论计算预测了其性能参数和性能优化途径，为热电材料的设计和优化提供了重要参考。
文章简介
论文作者使用基于密度泛函理论和半经典玻尔兹曼输运理论的第一性原理计算，研究了 SiPGaS/As (模型 I 和模型 II) 范德华异质结的热电性质。计算结果表明，图中所示两种模型均表现出在常温下低的晶格热导率，当施加 4% 的拉伸应变时，模型 I 和模型 II 的 ZT 值分别提高了 24.5% 和 14.8%。
重要的是，模型 II 超过了所有报道的异质结的理论 ZT 值，在 700K 施加 4% 拉伸应变时的最大热电转换效率(h)达到了 23.98%。ZTavg>1 表明 SiPGaS/As 范德华异质结在广泛温度范围内具有实际热电应用的潜力。计算结果强调拉伸应变是提高 ZT 值的有效途径，值得未来进一步实验探索。这些模型表现出极低的热导率和优异的电学性质，使它们成为有实际应用前途的热电候选材料。
总之，上述研究为设计和优化先进热电材料提供了有价值的见解，强调了 SiPGaS/As 范德华异质结在高效转换废热为电能方面的潜力。相关成果以 “High thermoelectric performance of two-dimensional SiPGaS/As heterostructures”(《二维 SiPGaS/As 异质结的高热电性能》)为题发表在英国皇家化学会期刊?Nanoscale?上。
