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內(nèi)容簡介

　　本書簡要介紹熱電效應(yīng)的基本原理以及常用的電聲輸運基本模型，同時結(jié)合國內(nèi)外在鉛硫族化合物熱電材料領(lǐng)域取得的研究進(jìn)展，系統(tǒng)闡述該材料體系在電聲輸運性能方面的調(diào)控策略。本書共8章，內(nèi)容包括熱電輸運基本原理、鉛硫族化合物的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)、鉛硫族化合物的制備方法、載流子濃度優(yōu)化與動態(tài)摻雜、態(tài)密度有效質(zhì)量優(yōu)化策略、載流子遷移率優(yōu)化策略、晶格熱導(dǎo)率降低策略、結(jié)語及展望。其中，本書重點介紹缺陷能級和間隙原子對載流子濃度的動態(tài)優(yōu)化作用、能帶形狀優(yōu)化對態(tài)密度有效質(zhì)量和載流子遷移率關(guān)系的平衡調(diào)控作用，以及能帶銳化和微缺陷結(jié)構(gòu)對協(xié)同調(diào)控載流子遷移率與晶格熱導(dǎo)率的作用。本書將熱電基本理論與高性能鉛硫族化合物熱電材料的設(shè)計相結(jié)合，并對鉛硫族化合物熱電材料的研究現(xiàn)狀以及需要解決的問題提出基本思考，有助于鉛硫族化合物熱電材料未來的發(fā)展。本書可供從事熱電材料研究和器件研發(fā)的科研工作者、熱電產(chǎn)業(yè)工作者參考學(xué)習(xí)，也可作為高等院校物理、化學(xué)、材料等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)參考用書。

作者簡介

　　趙立東北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國家級青年人才計劃（2015）入選者，北京市杰出青年科學(xué)基金（2018）和國家杰出青年科學(xué)基金（2019）獲得者，獲北京市師德先鋒（2016）、國際熱電學(xué)會青年科學(xué)家獎（2017）、國家級人才計劃特聘教授（2018）、科學(xué)探索獎（2022）、北京市優(yōu) 秀博士學(xué)位論文指導(dǎo)教師（2022）、科睿唯安“全球高被引科學(xué)家”（2019—2023）、國際材料研究學(xué)會聯(lián)盟（IUMRS）前沿材料青年科學(xué)家獎（2023）、北京市優(yōu) 秀研究生指導(dǎo)教師（2023）、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎（2023）。主要研究方向為開發(fā)寬溫域高效溫差發(fā)電和熱電制冷材料。已在Nature 、Science等期刊上發(fā)表300余篇研究成果，擔(dān)任Materials Lab創(chuàng)刊主編。肖鈺電子科技大學(xué)材料與能源學(xué)院特聘研究員、博士生導(dǎo)師。研究方向為熱電能源材料，重點關(guān)注缺陷結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)、晶體各向異性對電聲傳輸?shù)慕怦钜?guī)律。已在Science、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Energy & Environmental Science等期刊上發(fā)表論文50余篇。錢鑫河北大學(xué)校聘教授、碩士生導(dǎo)師。博士畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，曾獲CSC獎學(xué)金，前往美國密歇根大學(xué)進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)。主要從事新型熱電材料的設(shè)計與性能優(yōu)化研究，以第一作者或通信作者身份發(fā)表十余篇論文，主持國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目、河北省引進(jìn)留學(xué)人員資助項目等。

圖書目錄

第 1章　熱電輸運基本原理　1
1.1　引言　1
1.2　熱電效應(yīng)　2
1.2.1　澤貝克效應(yīng)　2
1.2.2　佩爾捷效應(yīng)　2
1.2.3　湯姆孫效應(yīng)　3
1.3　熱電輸運理論　4
1.3.1　熱電相關(guān)參數(shù)　4
1.3.2　載流子輸運的能帶模型　5
1.3.3　聲子輸運模型　16
1.4　本章小結(jié)　22
1.5　參考文獻(xiàn)　22

第　2章鉛硫族化合物的晶體結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)　24
2.1　引言　24
2.2　晶體結(jié)構(gòu)　24
2.3　能帶結(jié)構(gòu)　25
2.3.1　電子能帶結(jié)構(gòu)　25
2.3.2　聲子能帶結(jié)構(gòu)　30
2.4　本章小結(jié)　34
2.5　參考文獻(xiàn)　35

第3章　鉛硫族化合物的制備方法　47
3.1　引言　47
3.2　機(jī)械合金化　47
3.3　熔融反應(yīng)法　52
3.4　化學(xué)反應(yīng)法　56
3.5　本章小結(jié)　60
3.6　參考文獻(xiàn)　61

第4章　載流子濃度優(yōu)化與動態(tài)摻雜　64
4.1　引言　64
4.2　鉛硫族化合物的載流子濃度優(yōu)化　65
4.2.1　N型摻雜優(yōu)化載流子濃度　65
4.2.2　P型摻雜優(yōu)化載流子濃度　66
4.3　缺陷能級動態(tài)優(yōu)化載流子濃度　66
4.3.1　PbTe中In摻雜缺陷能級　66
4.3.2　PbTe中Ga摻雜缺陷能級　82
4.4　間隙原子動態(tài)優(yōu)化載流子濃度　88
4.4.1　PbTe中間隙Cu原子動態(tài)摻雜　88
4.4.2　PbSe中間隙Cu/Zn/Ni原子動態(tài)摻雜　93
4.5　本章小結(jié)　102
4.6　參考文獻(xiàn)　103

第5章　態(tài)密度有效質(zhì)量優(yōu)化策略　113
5.1　引言　113
5.2　多能帶簡并　113
5.2.1　PbTe-MgTe中的價帶簡并　114
5.2.2　PbSe-CdSe中的價帶簡并　120
5.3　能帶扁平化　123
5.3.1　PbTe-MnTe中的能帶扁平化　124
5.3.2　PbSe-CdSe中的能帶扁平化　136
5.4　共振能級　146
5.4.1　PbTe-Tl中的共振能級　147
5.4.2　PbSe-Al中的共振能級　148
5.5　能量過濾效應(yīng)　152
5.6　本章小結(jié)　153
5.7　參考文獻(xiàn)　153

第6章　載流子遷移率優(yōu)化策略　165
6.1　引言　165
6.2　能帶銳化　165
6.2.1　(Pb1-xSnx)(Te1-xSex)中的能帶銳化　166
6.2.2　Pb1-xSnxSe中的能帶銳化　174
6.2.3　Pb1-xSnxS中的能帶銳化　184
6.3　能帶對齊　188
6.3.1　PbTe-SrTe中的價帶對齊　188
6.3.2　PbSe-CdS中的價帶對齊　191
6.3.3　PbS-PbTe中的導(dǎo)帶對齊　195
6.4　本章小結(jié)　196
6.5　參考文獻(xiàn)　197

第7章　晶格熱導(dǎo)率降低策略　207
7.1　引言　207
7.2　原子尺度缺陷結(jié)構(gòu)設(shè)計　208
7.2.1　原子置換點缺陷　209
7.2.2　間隙原子點缺陷　216
7.3　位錯缺陷結(jié)構(gòu)設(shè)計　220
7.3.1　Pb1-xSb2x/3Se的位錯缺陷結(jié)構(gòu)　221
7.3.2　Pb0.95Sb0.033Se0.6Te0.4的位錯缺陷結(jié)構(gòu)　222
7.4　納米缺陷結(jié)構(gòu)設(shè)計　226
7.4.1　PbTe-CaTe/BaTe的納米缺陷結(jié)構(gòu)　227
7.4.2　PbS-ZnS/CdS的納米缺陷結(jié)構(gòu)　232
7.5　全尺度缺陷結(jié)構(gòu)設(shè)計　237
7.5.1　PbTe-SrTe的全尺度缺陷結(jié)構(gòu)　239
7.5.2　PbSe-PbS的全尺度缺陷結(jié)構(gòu)　243
7.6　本章小結(jié)　247
7.7　參考文獻(xiàn)　247

第8章　結(jié)語及展望　259