Introduzione ai materiali 2D e alla conducibilità termica

Il progetto di un'analisi di un'analisi di un'analisi di tipo tecnico-economico, che si basa su un'analisi di tipo tecnico-economico, è un'analisi di tipo tecnico-economico e di tipo tecnico-economico.

Il ruolo della teoria funzionale della densità

Fondamenti di DFT

[FLT-QUA] è un metodo di modellazione meccanica quantistica che mappa il problema di molti elettroni su un sistema di correzione non-interazione che si muove in un potenziale efficace. Il nucleo di DFT è l'approccio Kohn-Sham, che esprime l'energia totale di un sistema come funzionale della densità di elettroni.

Calcolazioni di Phonon con DFT

I metodi di calcolo della massa fononica (in inglese) sono molto simili a quelli della massa fononica (in inglese) e del tipo DLT (in inglese) (in inglese) (in inglese) sono stati creati dei metodi di calcolo della massa dispersione (in inglese) e di conseguenza dei risultati di un'armonizzazione delle forze dispersione (in inglese) [in inglese: DLT-fp)]

Metodologia per la simulazione della conducibilità termica

Ottimizzazione della struttura

Per i monostrati, una regione sotto vuoto di almeno 15 Å viene aggiunta perpendicolare al piano per eliminare le interazioni spurie tra immagini periodiche. I parametri di reticolo in piano e le posizioni atomiche sono ottimizzati fino a quando le forze residue non sono sotto una soglia (tipicamente 10−4 eV/Å) e gli stress sono trascurabili.

Dispersione e forza di Phonon Costanti

Una volta che la struttura di equilibrio è determinata, i calcoli fononici armonici vengono eseguiti. Utilizzando DFPT, la matrice finita è calcolata su una griglia di q-point grossolana (ad esempio, 6×6×1) e quindi Fourier interpoled su una rete più fine per le branche di dispersione fononica.

Risolvere l'equazione di trasporto di Boltzmann

Il gruppo fonico di dispersione (in inglese) è un fattore di sviluppo (in inglese) che si basa sulla funzione di distribuzione di fone (in inglese) e di distribuzione di fone (in inglese) (in inglese) e in inglese (in inglese) (in inglese)

Considerazioni pratiche

Diversi parametri numerici influenzano l'accuratezza della conducibilità termica calcolata:

  • Supercell size:[ Per i calcoli armonici, è necessario un supercell sufficientemente grande (o un denso DFPT q‐mesh) per evitare errori di incarto. Per le costanti di forza aharmonica, la supercell deve essere più grande della portata spaziale delle interazioni interatomiche considerate.
  • k-point campionamento:[] Una fitta maglia a punto k (ad esempio, 12×12×1 per una supercella 2D) assicura forze convergenti e energie totali.
  • Smisurazione:[[] Gaussian o Methfessel–Paxton spalmare con una larghezza di 0,01–0.02 Ry è spesso usato per gestire sistemi metallici o semimetallici come il grafo.
  • Isotopo di dispersione:[[] Le miscele isotopiche naturali (ad esempio, 98,9% 12C e 1,1% 13C in carbonio) riducono la conducibilità termica del 10-20% in grafine. Questo contributo è regolarmente incluso tramite la formula di tasso di dispersione isotopo (ad esempio, modello di Tamura).
  • dipendenza dalla temperatura:[ Le vite fononiche e le capacità di calore sono dipendente dalla temperatura, quindi κ lat è calcolato a temperature multiple (ad esempio, 100 K, 300 K, 500 K) per ottenere la curva di conducibilità termica completa.

Sfide nelle simulazioni di conducibilità termica basate su DFT

Nonostante il loro successo, le simulazioni basate su DFT di trasporto termico in materiali 2D affrontano diverse sfide. I materiali disperdenti di solito sono molto più complessi, con il numero di atomi nella supercellula e con la densità della griglia q-point richiesta per le soluzioni BTE convergenti.

Applicazioni e direzioni future

Gestione termica in elettronica

La conducibilità termica estremamente elevata del grafo lo rende un candidato naturale per gli spargitori di calore in elettronica ad alta potenza. Le simulazioni DFT aiutano ad ottimizzare l'uso del grafo predicendo come l'accoppiamento substrato, il numero di strati e la dimensione del grano influiscono sulla dissipazione del calore.

Materiali termoelettrici

I materiali termoelettrici a bassa conducibilità termica sono attraenti per la conversione di energia termoelettrica, che richiede un elevato coefficiente di Seebeck, un'elevata conducibilità elettrica e una bassa conducibilità termica.

Imparare la macchina e la proiezione ad alto rendimento

I dati relativi alla valutazione dei dati relativi alle prestazioni di controllo e alla valutazione dei dati relativi alle prestazioni di controllo dei dati, sono stati elaborati in modo da consentire ai ricercatori di individuare le caratteristiche di un'elevata precisione dei dati relativi ai sistemi di controllo e alle prestazioni di controllo.

Conclusioni

La simulazione di una conduttività termica in materiali 2D con la Teoria Funzionale di Densità fornisce una comprensione dettagliata e atomistica dei meccanismi di trasporto termico che sostituiscono le prestazioni dei dispositivi di nanoscala. Combinando le costanti di forza DFT-derive con l'Equazione di Trasporto di Boltzmann, i ricercatori possono prevedere valori di simulazione termica intrinseca, esplorare l'influenza di difetti e di tensione, e guidare l'ingegneria dei materiali per la gestione termica di elaborazione di sistemi di conversione termoelettrica.