纳米孔洞对锑化钴热电材料力学性能影响的微观模拟开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着全球工业化步伐的加快，世界性的能源危机和环境恶化成为21世纪主要的社会问题。热电转换技术作为一种环境友好的能源转换技术具有深远的研究价值。它是利用半导体热电材料中载流子的输运实现热能和电能的直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷。热电领域从上世纪50年代起开始发展，bi2te3体系热电材料得到商业化应用。但由于转换效率和成本问题，热电工业的发展一直受到很大的局限。进入90年代，美国海军研究室（onr），国防先进技术研究计划局（darpa）以及其他国家重点实验室都加入对热电材料及其器件的研究开发，世界范围内掀起了热电研究的热潮。近些年来，热电研究者们相继发现了许多新的块体热电材料，同时也提出了各种改善热电材料和器件性能的新思路，热电研究进入了一个崭新的时代。

热电材料实现了热能与电能之间的直接转换，是一种安全可靠、无污染无噪声、全固态的发电和制冷方式。在注重环保和资源循环利用的今天，热电材料作为绿色能源转换材料，显得格外引人注目。为了实现热和电的高效转化，热电材料必需具有高的热电性能才能产生较高的热电转换效率。近年来，随着全世界范围内对热电研究的重视，热电材料的热电性能获得了较大进展。一方面，一些具有特殊结构、性能优越的新型块体材料被相继发现，比如方钴矿（skutterudites）、笼式化合物（clathrates）、half-heusler合金、zn4sb3等。另一方面，一些机构致力于研究量子阱、量子线、量子点超晶格以及薄膜超晶格等低维材料，先后报道了zt大于2的实验结果。

以锑化钴(cosb3)为代表的方钴矿化合物是近年来我国和国际上重点关注的新型热电材料之一，研究大多集中在如何提高其热电性能。近年来，人们通过实验表明在材料中引入纳米尺度微孔能显著提高热电性能，因为材料的自由表面增加了，声子散射增强，材料的晶格热导率下降，而对于含纳米孔洞的si和ge的研究也证实了这一观点。对于方钴矿热电材料，he等人进行了引入微米孔洞的实验研究，表明其热导率明显下降，塞贝克系数显著增加，电导率基本不变，因此其热电性能得到了显著提高。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

本课题通过常温时不同孔径和不同孔隙率情况下单晶块体cosb3的单轴拉伸试验，揭示孔径和孔隙率这两个因素对含纳米孔洞的单晶块体cosb3的基本力学性能的影响规律。

2.2技术方案及措施

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，基本确立研究思路，完成开题报告。

第4-5周：建立含孔洞的cosb3原子模型。

第6-8周：建立cosb3的分子动力学模拟方法。

4. 参考文献（12篇以上）

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