石墨烯与氮化硼纳米条带的热输运性质

论文摘要

纳米结构材料作为未来设计新颖电子器件的重要组成部分,对它的物理性质的研究已成为当今凝聚态物理的一个焦点。本论文主要利用格林函数方法探讨石墨烯与氮化硼纳米条带的热输运性质。第一章首先简单介绍了石墨烯与氮化硼的制备,之后介绍了石墨烯和氮化硼的热学与电子性质,最后说明本论文研究的内容。第二章主要讲述格林函数方法。通过引入力常数模型,应用格林函数方法计算声子的透射系数,热导和热电品质因子等参数。在第三章中,我们研究了周期T型石墨烯纳米条带中的声子输运性质。在平面外模式的声子透射谱中发现了有趣的共振劈裂现象。当周期T型石墨烯纳米带包含n个限制区时,在透射谱的低频区存在（n-1）重的共振劈裂峰。这些峰主要是由局域在突起中的低准束缚态引起的。而在频率稍高于第一台阶起始频率处,存在（n-2）重的共振劈裂规则。这些共振峰主要是由局域在限制区中的高准束缚态引起的。对于高准束缚态,限制区相当于势阱而不是势垒,这与低准束缚态的情况相反。这些平面外模式的共振峰在总的透射谱上仍然可以看到。在第四章中,我们研究了包含三角形空位的氮化硼纳米条带的热输运性质。三角形空位对锯齿型和扶手椅型氮化硼纳米带的热输运性质的影响是不同的。在锯齿型的氮化硼纳米带中,三角形空位引起反共振的谷。并且硼终端的三角形空位引起反共振的零传输谷。反共振的零传输谷的数目随着三角形空位几何尺寸的增大而增多。对于包含三角形空位的扶手椅型的氮化硼纳米带,除了一些反共振的谷以外,在透射谱中出现了共振峰。这些反共振和共振现象可以通过分析局域态密度和局域热流得到解析。虽然反共振谷和共振峰都是源于准束缚态,但是它们局域热流的分布是截然不同的,从而导致了输运的差异。此外,氮化硼纳米带的热导随着空位尺寸的增大表现出线性的减小。在第五章中,我们研究了杂化石墨烯和氮化硼纳米条带的热电输运性质。结果发现通过周期性的嵌入氮化硼,石墨烯纳米带的热电品质因子能够被有效的增强。对于扶手边界的纳米带来说,其热电品质因子相比于完美的石墨烯纳米带能够增强20倍左右。而对于锯齿边界的纳米带,热电品质因子增强约为3倍。这些现象通过分析电导,Seebeck系数以及热导的变化得到了解析。第六章对本论文的工作进行了总结,并对石墨烯和氮化硼的后续研究做了扼要的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 石墨烯、氮化硼纳米条带的基本性质
• 1.2.1 热学性质
• 1.2.2 电子性质
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第2章 格林函数方法
• 2.1 力常数模型
• 2.2 全格林函数
• 2.3 表面格林函数
• 第3章 周期T 型石墨烯纳米条带中的声子共振劈裂效应
• 3.1 引言
• 3.2 模型
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 第4章 三角形空位对氮化硼纳米条带热输运性质的调控
• 4.1 引言
• 4.2 模型
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 结论
• 第5章 杂化石墨烯和氮化硼纳米条带的热电输运性质
• 5.1 引言
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 结论
• 第6章 总结和展望
• 6.1 本论文的工作总结
• 6.2 后续研究的展望
• 参考文献
• 个人简历、攻读硕士学位期间发表的论文与研究成果
• 致谢