第1章 緒 論 1

1.1 引 言 1

1.2 熱電性能的表征 2

1.2.1 熱電轉換效率 2

1.2.2 熱電優值ZT 3

1.3 提高材料熱電優值的途徑 9

1.3.1 提高功率因子 9

1.3.2 降低熱導率 11

1.4 本書主要研究內容 13

參考文獻 19

第2章 理論基礎及計算方法 22

2.1 研究背景 22

2.2 對多粒子系統的薛定諤方程的近似 23

2.2.1 非相對論近似 24

2.2.2 絕熱近似 24

2.2.3 單電子近似 25

2.3 密度泛函理論 29

2.3.1 托馬斯-費米模型 29

2.3.2 霍亨伯格-孔恩定理 30

2.3.3 科恩-沈呂九方程 32

2.4 交換關聯泛函 34

2.4.1 局域密度近似泛函 34

2.4.2 廣義梯度近似泛函 35

2.4.3 LDA （GGA）+U方法 35

2.4.4 雜化密度泛函（Hydrid Density Functional） 36

2.5 電子Boltzmann輸運理論 36

2.6 本文采用的計算軟件 37

2.6.1 VASP軟件包 37

2.6.2 WIEN2K軟件包 37

2.6.3 Phonopy 38

2.6.4 Phono3py 38

參考文獻 39

第3章 Zintl相A5M2Pn6的晶格結構、電子結構和熱電特性 42

3.1 As-As鍵對Ca5M2As6（M=Sn,Ga）電子結構和熱電性質的

影響 43

3.1.1 晶格結構 44

3.1.2 電子結構 45

3.1.3 電子輸運性質 51

3.1.4 熱輸運性質 55

3.1.5 小結 56

3.2 As-As鍵對化合物Ca5Ga2As6和Ca3GaAs3的電子結構和

熱電特性的影響 56

3.2.1 Ca5Ga2As6和Ca3GaAs3的晶格結構 57

3.2.2 電子結構 58

3.2.3 態密度 60

3.2.4 熱電特性 62

3.2.5 小結 65

3.3 Sr5Al2Sb6和Ca5Al2Sb6電子結構和熱電特性差異的

微觀機制 65

3.3.1 晶體結構 66

3.3.2 摻雜提高Sr5Al2Sb6的熱電特性 68

3.3.3 電子結構 69

3.3.4 輸運性質 73

3.3.5 小結 76

3.4 Sr5Sn2As6的電子結構和熱電特性 76

3.4.1 晶體結構 77

3.4.2 彈性和熱學性能 78

3.4.3 電子輸運 79

3.4.4 電子結構 83

3.4.5 小結 87

參考文獻 87

第4章 提高Zintl相化合物A5M2Pn6的熱電特性 91

4.1 A5M2Pn6組成元素電負性的不同對熱電特性的影響 91

4.1.1 晶格結構 91

4.1.2 電子結構 92

4.1.3 電輸運性質 94

4.1.4 小結 96

4.2 溶質原子的溶度上限對摻雜載流子濃度的影響 96

4.2.1 電子結構 97

4.2.2 Ca5Al2Sb6的輸運性質 98

4.2.3 選擇合適的摻雜原子 101

4.2.4 小結 103

4.3 Pb摻雜調控能帶結構改善Ca5In2Sb6的熱電性能 104

4.3.1 晶格結構 104

4.3.2 熱電輸運性質 105

4.3.3 電子結構 107

4.3.4 Pb摻雜Ca5In2Sb6的熱電特性 109

4.3.5 小結 114

參考文獻 114

第5章 Zintl相A3MPn3的晶格結構、電子結構和熱電特性 117

5.1 Ca3AlSb3和Sr3AlSb3中四面體不同的排布方式影響電子

結構和熱電特性 117

5.1.1 晶體結構 118

5.1.2 A3AlSb3（A=Ca, Sr）的電子輸運特性 120

5.1.3 電子結構 123

5.1.4 小結 125

5.2 Sr3GaSb3的電子結構和熱電性質 126

5.2.1 晶格結構 126

5.2.2 輸運性質 127

5.2.3 電子結構 129

5.2.4 小結 131

參考文獻 132

第6章 Ba2ZnPn2及其他Zintl相化合物的電子結構和熱電特性 134

6.1 Ba2ZnPn2的電子結構和熱電特性 134

6.1.1 晶體結構 134

6.1.2 弛豫時間和熱導率的計算 135

6.1.3 熱電輸運分析 136

6.1.4 電子結構 140

6.1.5 小結 143

6.2 引起Zintl相化合物Ba3Al3P5和Ba3Ga3P5熱電性質差異的

微觀機制 144

6.2.1 晶格結構、穩定性及化學鍵特征 144

6.2.2 晶格熱導率 147

6.2.3 熱電輸運性質 149

6.2.4 電子結構 152

6.2.5 小結 155

參考文獻 155

第7章 幾種各向同性的彈性散射下電子結構和熱電轉換效率的

關系 158

7.1 Chasmar-Stratton 理論 159

7.2 在幾種散射機制下材料參數β和電子結構的關系 159

7.3 簡單模型 161

7.4 簡單多谷模型 163

7.5 結論和展望 164

參考文獻 165