Termoelektrik Malzemelerine Giriş

Termoelektrik malzemeleri, doğrudan göz önünde bulundurularak elektrik gerilimine dönüştürür ve tersine, elektrik akımı uygulandığında ısı ısıtılabilir.Bu katı enerji dönüşümü yeteneği onları atık ısı kurtarma, portatif soğutma ve derin uzay gücü nesli için cazip kılar.[Döneticisinin etkisi altında, ⁇ t:0TDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD)

Kuantum Mekanik Teknikleri

kuantum mekaniklerine dayanan ilk sermaye hesaplamaları, araştırmacıların elektronik, vibrasyonel ve nakliye özelliklerini ampirasyonel olarak tahmin etmelerine olanak sağlar.En yaygın kullanılan yaklaşım, ulaşım katlarını yöneten ve nihayetinde rasyonel tasarım ve hesaplama maliyetlerini sağlayan yoğunluktır.

Yoğun Fonksiyonel Teori (DFT)

DFT, Fermi seviyesine yakın bir değişim-korelasyon işlevi kullanarak, DFT'nin rutin olarak elektronik band yapısını hesaplamak için kullanılır ve kristal yörüngesel Hamilton nüfusu (COHP) Bu çıktılar, Fermi seviyesine yakın olarak kullanılan sabit enerji gruplarına yardımcı olur.

DFT'nin Ötesinde: Gelişmiş Yaklaşımlar

DFT iyi bir başlangıç noktası sağlarken, sınırlamaları güçlü elektron-electron etkileşimleri ile sistemlerde görünür hale gelir veya yarı iletkenlik katlarının bir kısmını oluşturur.The GW simation (Green's function G ve ekranlı Coulomb etkileşimi WWW) Kendi enerjik etkileri dahil ederek bando boşluklarını doğrular ve dağılımı doğrular. HSE06 gibi fonksiyoneller tam olarak Hartree-Fock değişimi yarıda değişim ile birlikte, deney ile iyi bir şekilde iyi bir şekilde uygularlar.

Modeling

Kuantum mekanik simülasyonlar, doğrudan termoelektrik performansına bağlanmak için bir dizi elektronik tanımlayıcı çıkarır. Her tanımlayıcının atom ve elektronik yapıdan nasıl ortaya çıktığını anlamak, araştırmacıların deneysel sentezden önce hesaplamaları ve optimize etmelerine olanak sağlar.

Band Gap ve Etkili Kitle

Grup boşlukları işletim sıcaklık aralığını belirler: dar-gap yarı iletkenleri (0.1-0.5 eV) genellikle oda sıcaklığının ısıtılması için en uygun şekilde yapılır. DFT ve GW hesaplamaları makul doğrulukla boşlukları tahmin edebilir. Etkili kitleler ()))[Dönderlik ([Dönder:) Grup kenarlarında elektronlar ve delikler elektrik iletkenliği kontrol eder: daha hafif taşıyıcılar daha yüksek bir hareketlilike yol açar, ancak çok hafif bir kütle, Seebeck'i azaltabilir.

Amerika'nın ve Seebeck'in Yoğunluğu

Seebeck katsayı:0)S), Fermi seviyesinin etrafında DOS'nin asimetrik hesaplamalarına bağlı olarak büyük bir görüntü oluşturabilir.S[Dönetici seviyesi ile birlikte) Sürekli sağlık seviyesi (örneğin, yüksek çözünürlükte veya yeniden kullanım durumu) ile birlikte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan bir elektron hattını kullanarak, yüksek çözünürlükte bir şekilde genişletilebilir.

Roman Termoelektrik Malzemeleri

kuantum mekanik anlayışlar tarafından yönlendirilen araştırmacılar, umut verici termoelektriklerin çeşitli ailelerini tespit ettiler.Ortak tasarım stratejisi hem düz (yüksek Seebeck, elektron-kristal) sistemi elde etmek için: yüksek elektrik iletkenliği, bir camın son derece düşük lattice termal iletkenliği özelliği ile bilinen bir konsept.

  • [FONT:0]Layered malzemeler: [DFLT:1] Bi2Te3 gibi bileşikler, SnSe ve GeSe, tabakalar arasındaki zayıf van der Waals bağlarına sahiptir ve ısı kovalamaları iyi bir şekilde depolanırken, DFT çalışmaları, bu malzemelerin elektronik yapısının birden çok vadi ve güçlü bir anharmoniye sahiptir.
  • [FONT=0]Complex chalcogenides: PbTe2, Cu2Se ve PbTe bazlı alaşımlar, basit doping nedeniyle düşük ısı iletkenliği sergilemektedir.
  • [FONT:0)Klathrates ve kafes bileşikleri: Ba8Ga16Si30 gibi, misafir atomları “köksüz”, ev sahibi çerçevenin elektronik iletim olmadan güçlü bir şekilde dağıtılır. DFT hesaplamaları, kafes boyutunu ve misafir edici etkileşiminin, yarı iletkenliği yarı iletkenliği yarı iletkenliği korumak için azaltabileceğini tahmin eder.
  • [FONT:0)Half-Heusler alaşımları: Bu metalik bileşikler (örneğin, MNiSn, MCoSb nerede yüksek mekanik stabilite ve iyi elektrik iletkenliği sunar.
  • [FONT:0)Entropy-stabilized ve yüksek performanslı malzemeler: Yüksek riskli alaşımlar ve entropik seramikler, küme genişleme yöntemleri ile birlikte kombine edilen atomik bozukluktan yararlanmaktadır. DFT, bozukluktan elektronik gruplar üzerindeki etkisini değerlendirebilir ve taşımayı ciddi şekilde etkilemez.

Meydanlar ve Gelecek Yollar

Önemli ilerlemeye rağmen, birçok zorluk devam ediyor. Gerçek termoelektrik malzemeleri için elektronik yapı hesaplamaları atomik bozukluk, kusurları ve nano ölçekli yapılandırma için hesaba katmalıdır - tüm bunlar hem elektronik hem de vibrasyonel özelliklerini etkiler.Maning bozukluk sistemleri, yüksek seviyeli sistemlerde kullanımları sınırlandırır.

Bir başka meydan okuma, lattice termal iletkenlik ⁇ ph'in doğru tahmininde yatıyor. DFT- bazlı lattice dinamikleri (örneğin, atomik Boltzmann taşıma denklemlerini kullanarak) güvenilir bir şekilde ⁇ ph sipariş edilen kristaller için, polikristal ve nanoyapılı malzemeler bu boşluğun ortaya çıkmasını zorlaştırır.

İleriye bakıldığında, yüksek kodlu hesaplamalı tarama ve makine öğrenimi ile kuantum mekanik modellerin entegrasyonu, yeni termoelektrik materyallerin keşfini hızlandırıyor. Malzemeler Project, OQMD ve AFLOW, milyonlarca hesaplamalı özellik hakkında bilgi sahibi olmak; tahmin edici modellerle bunları darbe yapmak:0Z).

Deneysel doğrulama önemlidir. situ veya operando teknikleri, senkronizasyon için senkronizasyon ve ölçümler gibi, hesaplama modellerine geri bildirim sağlayabilir. kuantum mekanik modellemeyi deneysel sentez ve karakterizasyon formlarıyla birleştirerek, malzemeler keşfi için güçlü bir döngü oluşturabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kuantum mekanik modelleme, araştırmacıların önemli tanımlayıcıları, ekran roman bileşikleri ve mühendislerden, doğrulayıcı gelişmeleri doğru bir şekilde tespit etmelerine olanak sağlar. Elektronik yapının ayrıntılı bir atom seviyesindeki anlayışı sağlayarak, DFT ve gelişmiş kontrol yöntemleri, araştırmacıların önemli tanımlayıcıları, ekran roman bileşiklerini ve mühendislerin doğrulanabilir performansla ilgili gelişmeleri takip etmesi için yardımcı olur.

[FONT:0)Dönemli Referanslar: [Dönemli: [Dönemli: 1)

  • [0]Review: Termoelektrik malzemelerdeki son gelişmeler (Doğa İncelemeleri Malzemeler)).
  • [FONT:0)Ab initio yöntemleri termoelektriklerde (Reviews of Modern Fizik))[değiştir | kaynağı değiştir]
  • [0]Mals Projesi - açık hesaplanmış malzeme özellikleri veritabanı).
  • [0] Yüksek termoelektrik malzemelerinin makine öğrenimi (npj C ⁇ Malzemeler) ) kullanılarak incelenmesi[değiştir | kaynağı değiştir)