研究背景

熱電技術是一種通過利用材料的 Seebeck 效應將廢熱轉換為電能的方法。這種技術具有許多優(yōu)點，例如不需要移動部件，沒有機械損耗，可以在各種溫度下工作，可以直接從廢熱中提取能量并將其轉化為電能，因此具有巨大的潛力用于可持續(xù)能源發(fā)電和廢熱回收。

然而，當前的熱電材料的效率仍然很低，限制了其實際應用。其中一個主要限制是 ZT 值的限制，它是熱電材料效率的一個關鍵參數(shù)。ZT 值的計算方法涉及到材料的電導率、熱導率和 Seebeck 系數(shù)等參數(shù)，因此，要提高熱電材料的 ZT 值，需要解決高熱導率和低電導率之間的矛盾，以及改進 Seebeck 系數(shù)等方面的性能。

近年來，基于第一性原理計算和半經典玻爾茲曼輸運理論的理論計算方法為研究熱電材料提供了新途徑，可以通過計算材料的晶格結構、電子結構和輸運性質等參數(shù)，來預測材料的熱電性能，為實驗制備提供指導。

在這樣的背景下，本文研究了 SiPGaS/As 范德華異質結的熱電性能，通過理論計算預測了其性能參數(shù)和性能優(yōu)化途徑，為熱電材料的設計和優(yōu)化提供了重要參考。

文章簡介

論文作者使用基于密度泛函理論和半經典玻爾茲曼輸運理論的第一性原理計算，研究了 SiPGaS/As (模型 I 和模型 II) 范德華異質結的熱電性質。計算結果表明，圖中所示兩種模型均表現(xiàn)出在常溫下低的晶格熱導率，當施加 4% 的拉伸應變時，模型 I 和模型 II 的 ZT 值分別提高了 24.5% 和 14.8%。重要的是，模型 II 超過了所有報道的異質結的理論 ZT 值，在 700K 施加 4% 拉伸應變時的最大熱電轉換效率(h)達到了 23.98%。ZTavg>1 表明 SiPGaS/As 范德華異質結在廣泛溫度范圍內具有實際熱電應用的潛力。計算結果強調拉伸應變是提高 ZT 值的有效途徑，值得未來進一步實驗探索。這些模型表現(xiàn)出極低的熱導率和優(yōu)異的電學性質，使它們成為有實際應用前途的熱電候選材料。

總之，上述研究為設計和優(yōu)化先進熱電材料提供了有價值的見解，強調了 SiPGaS/As 范德華異質結在高效轉換廢熱為電能方面的潛力。相關成果以 “High thermoelectric performance of two-dimensional SiPGaS/As heterostructures”(《二維 SiPGaS/As 異質結的高熱電性能》)為題發(fā)表在英國皇家化學會期刊?Nanoscale?上。