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电声散射显著降低重掺硅热导率

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热电材料是一种利用半导体内部载流子与声子间的相互作用,实现热能与电能相互转化的能源材料,具有体积小、重量轻、造价低、无噪声、运行稳定等优点,可用于固态制冷及温差发电等领域,如计算机芯片制冷、激光器制冷、便携式冰箱制冷及汽车尾气余热发电等。热电材料的最高性能目前仍无理论上限,然而现实中材料较低的转化效率是限制热电材料发展的主要原因。一直以来,对于热电材料电子、声子相互作用及传输特性的深入理解是热电研究领域的重要课题,也是提高材料热电性能的必要前提。浙江大学材料学院赵新兵教授、朱铁军教授及其研究团队在Si基热电材料纳米化及声子输运机制方面进行了系统的理论和实验研究,取得重要进展。他们利用机械合金化和放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了晶粒优化的重掺杂N型硅材料,发现电声散射大幅降低材料的晶格热导率,从而实现了热电优值的大幅提升。在大部分热电材料中,声子-声子散射、点缺陷散射和晶界散射是最重要的三种散射机制,而电子对声子的散射通常被认为是低温散射机制,往往被忽略。本工作综合考虑多种散射机制,通过模型分析,证明除了晶界散射和点缺陷散射,电声散射在重掺硅声子传热过程中也起着至关重要的作用,对于(本文共计1页)......[继续阅读本文]

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