纳米材料热电性能的第一性原理计算 本书特色
《纳米材料热电性能的**性原理计算》是一本专门介绍纳米热电材料性能的**性原理计算的专著.《纳米材料热电性能的**性原理计算》介绍了纳米热电材料的相关理论基础;系统介绍了**性原理计算方法:着重描述了碳纳米管、石墨烯、硅烯与错烯、石墨快和石墨快纳米管、过渡金属硫系化合物、VA 族二维材料和磷烯的热电输运特性:简要介绍了二维拓扑绝缘体的拓展研究z;可为高性能纳米热电材料的设计提供参考.
纳米材料热电性能的第一性原理计算 内容简介
本书是一本专门介绍纳米热电材料性能的性原理计算的专著.书中介绍了纳米热电材料的相关理论基础;系统介绍了性原理计算方法:着重描述了碳纳米管、石墨烯、硅烯与错烯、石墨快和石墨快纳米管、过渡金属硫系化合物、VA族二维材料和磷烯的热电输运特性:简要介绍了二维拓扑绝缘体的拓展研究z;可为高性能纳米热电材料的设计提供参考.
纳米材料热电性能的第一性原理计算纳米材料热电性能的第一性原理计算 前言
热电材料是一种将热能与电能相互转化的材料，热电材料基于热电效应，包括Seebeck效应、Peltier效应和Thomson效应。热电材料可以转换工业余热进行温差发电，热电转换技术作为一种环境友好的清洁能源技术，关键是寻求热电性能好的热电材料。
热电材料的发展从材料本身的结构来看呈现三大趋势：一是将传统的热电材料纳米结构化，借助于传统热电材料的无量纲热电优值系数（ZT）相对较高，通过纳米结构化，进一步提高其ZT；二是制备多尺度层次多组分的复合材料，利用多尺度层次多组分提高热电因子中的某个因子，而其他因子尽量不变，从而提高材料的ZT；三是材料本身的ZT并不高，但是其纳米结构，如纳米管、纳米线、量子点、超晶格等新的纳米结构，可使其ZT得到显著的提高。
从热电效应的本质上讲，热电输运过程就是电子和声子输运能量的过程，热电材料的发展又可以分为材料的电子工程设计和声子工程设计。因此，研究纳米材料电子、声子的热电输运过程，能够指导开发性能优异的新型纳米热电材料，对当下的能源与环境问题具有非常重要的意义。
作者从2009年开始致力于**性原理计算研究并针对纳米材料进行模拟分析，尤其是将纳米热电材料作为研究目标，希望为未来的潜在能源材料提供研究基础。期间王晓明（《低维碳材料热及热电输运的**性原理研究》，2014年中山大学博士论文）和陈楷炫（《典型二维材料热特性的**性原理研究》，2017年中山大学博士论文）在攻读博士学位期间做了大量的工作。本书**章介绍了与纳米热电材料相关的概念，包括热电效应、高性能热电材料特性、典型的低维碳材料和新型二维材料，以及低维材料热输运的相关计算方法：第二章系统介绍了**性原理计算方法，主要包括密度泛函理论和非平衡格林函数方法，以及一些通用的**性原理计算软件；第三章着重描述了碳纳米管的声子特性、热输运特性及热电输运特性；第四章系统描述了石墨烯的透射系数、热输运特性、热电性能及其功能化条带的影响，以及硅烯与锗烯的部分研究结果；第五章主要介绍石墨炔和石墨炔纳米管的结构及其热电性能；第六章主要介绍过渡金属硫系化合物的热电输运，涉及二维单层、纳米管结构及WSe2纳米条带的边缘不规则效应；第七章主要介绍了VA族二维材料和磷烯的热电输运，尤其是涉及应力效应对热电性能的提升内容；第八章进一步拓展到二维拓扑绝缘体的**性原理计算。这些内容希望能为对纳米材料结构及性能的**性原理计算感兴趣的研究人员和工程师提供参考。
本书在撰写过程中得到同事和同行专家的大力支持和鼓励，清华大学曹炳阳教授、西安交通大学唐桂华教授对全书进行了审稿并提出许多真知灼见的修改意见，莫冬传博士、王晓明博士和陈楷炫博士对全书的结构、内容和图文修改提出宝贵建议并做了大量工作，李敏珊博士为全书的排版付出很多精力，科学出版社的编辑为本书的出版作了大量艰辛而卓有成效的工作。
本书得到国家自然科学基金（51676212）的资助，特此感谢！
由于作者水平有限，书中难免有不足和有争议的地方，我们期待来自各个方面的建议与指正。
纳米材料热电性能的第一性原理计算 目录
前言
第1章 纳米热电材料
1．1 纳米尺度热输运
1．2 热电转换
1．2．1 热电效应
1．2．2 热电优值与热电转换效率
1．2．3 高性能热电材料
1．3 低维碳材料
1．3．1 碳纳米管
1．3．2 石墨烯
1．3．3 石墨炔和石墨炔纳米管
1．4 新型二维材料
1．4．1 过渡金属硫系化合物
1．4．2 VA族材料
1．4．3 拓扑绝缘体
1．5 低维材料热输运的计算方法
1．5．1 分子动力学法
1．5．2 玻尔兹曼输运方程法
1．5．3 朗道公式法
参考文献
第2章 **性原理计算方法
2．1 密度泛函理论
2．1．1 近似基础
2．1．2 Hohenberg-Kohn定理
2．1．3 Kohn．Sh锄方程
2．1．4 交换关联泛函
2．2 非平衡格林函数方法
2．2．1 电子．NEGF
2．2．2 声子．NEGF
2．3 **性原理计算软件
2．3．1 QuantumESPRESSO
2．3．2 VASP
2．3．3 Siesta
2．3．4 Phonopy
2．3．5 Want
2．3．6 其他软件
参考文献
第3章 碳纳米管
3．1 碳纳米管声子的透射系数
3．2 碳纳米管的热输运特性
3．2．1 温度、管径与CNT热导的关系
3．2．2 管长与CNT热导的关系
3．2．3 MWCNT的热导
3．2．4 电子对CNT热导的贡献
3．3 碳纳米管的热电输运特性
参考文献
第4章 石墨烯
4．1 石墨烯的透射系数
4．1．1 石墨烯的声子透射系数
4．1．2 石墨烯的电子透射系数
4．2 石墨烯的热输运特性
4．2．1 温度与石墨烯热导的关系
4．2．2 多层石墨烯的热导
4．2．3 基底对石墨烯热导的影响
4．2．4 电子对石墨烯热导的贡献
4．3 石墨烯的热电性能
4．3．1 石墨烯本身的热电性质
4．3 ·2石墨烯一hBN超晶格（G．hBN）的热电性质
4．4 键-键连接石墨烯功能化条带
4．4．1 有机功能团连接
4．4．2 金属原子官能团连接
4．4．3 条带宽度的影响
4．5 硅烯与锗烯
4．5．1 二维单层结构
4．5．2 一维条带结构
参考文献
第5章 石墨炔和石墨炔纳米管
5．1 石墨炔
5．1．1 石墨炔的透射系数
5．1．2 石墨炔的热导
5．1．3 石墨炔的热电性质
5．2 石墨炔纳米管
5．2．1 石墨炔纳米管（GNT）的透射系数
5．2．2 石墨炔纳米管的声子热导
5．2．3 石墨炔纳米管的热电性质
参考文献
第6章 过渡金属硫系化合物的热电输运
6．1 二维单层与纳米管结构
6．1．1 电子结构
6．1．2 热电输运特性
6．1．3 管径的影响
6．2 WSe2纳米条带
6．2．1 体系结构
6．2．2 电子结构
6．2．3 声子谱与热导
6．2．4 高热电优值和边缘不规则效应
参考文献
第7章 VA族二维材料的热电输运
7．1 VA族二维材料的结构设计
7．2 VA族二维材料的输运特性
7．2．1 声子谱与热力学稳定性
7．2．2 电子结构
7．3 VA族二维材料的热电性能
7．3．1 热电因子分析
7．3．2 应力效应对热电性能的提升
7．4 磷烯
7．4．1 二维磷烯结构
7．4．2 一维磷烯结构
参考文献
第8章 二维拓扑绝缘体
8．1 体系结构
8．1．1 原子结．构
8．1．2 体系稳定性分析
8．2 自旋一轨道耦合作用
8．2．1 电子能带
8．2．2 拓扑不变量的计算
8．3 应力效应
8．4 一维纳米条带表面态
参考文献
附录一 名词释义
附录二 自编程序代码
纳米材料热电性能的第一性原理计算 作者简介
吕树申，博士，中山大学材料学院教授、博士生导师。主要研究方向为新能源材料与技术、低维材料的制备与量化计算、先进热控材料及系统集成等，主持完成了国家自然科学基金面上项目及重大基础研究前期研究专项、广东省科技计划重大专项等多项研究课题。发表论文120余篇，获授权发明专利12项，作为主要成员获得广东省科学技术二等奖一项。
王晓明，博士，美国托莱多大学博士后研究员。主要研究方向为通过原理计算理解材料的物理性质并设计能源相关的材料和器件，主要研究兴趣为热电材料、光电材料，电子、声子的量子输运，光物质相互作用，等等。发表SCI论文29篇，参编论著1部。
陈楷炫，博士，德国亚琛，工业大学洪堡学者。主要研究方向为密度泛函理论在新能源材料中的应用，包括声子输运的量子分析、低维高性能热电材料和拓扑绝缘体材料的理论设计、无机晶体结构取向的理论分析、锂离子电池材料的机理探索等，已发表SCI论文6篇。
