Учёные разрабатывают новую стратегию проектирования термоэлектрических материалов

Национальному институту материаловедения (NIMS) удалось разработать новый подход к проектированию термоэлектрических материалов. Они сделали это путем создания базы данных параметров электронной структуры, которые коррелируют со свойствами термоэлектрического преобразования материалов. При этом проводился всесторонний анализ базы данных. Этот подход можно использовать для разработки термоэлектрических материалов с более высокими характеристиками.

До настоящего момента не раз предпринимались серьёзные усилия по разработке высокоэффективных термоэлектрических материалов. Традиционный подход заключался в анализе электронных структур материалов, демонстрирующих высокоэффективное термоэлектрическое преобразование, и исследовании ответственных механизмов. До этого момента исследования сосредотачивались на механизмах отдельных материалов, а не на поиске общих черт между ними.

Теперь учёные смогли обнаружить свойства электронной структуры, которые являются общими для высокоэффективных термоэлектрических материалов. Они также преуспели в разработке универсального подхода к проектированию материалов.

Группа исследователей сначала создала базу данных двух параметров электронной структуры. Они коррелируют со свойствами термоэлектрического преобразования материалов. Это энергия переноса заряда (?) и энергия кулоновского отталкивания на месте (U). Данные собирались с различных материалов, содержащих ионы переходных металлов. Это группа материалов, в которой ранее были обнаружены многообещающие термоэлектрические материалы.

После этого было проанализировано несколько материалов одновременно с использованием базы данных. В результате, ученые выявили взаимосвязь между различными химическими элементами и параметрами. После этого группа применила эти отношения к термоэлектрическим материалам. Они обнаружили, что материалы с желаемыми свойствами термоэлектрического преобразования встречаются в определенных областях вдоль значений ? и U.

Полученные результаты представляют собой новый подход к разработке высокоэффективных термоэлектрических материалов. Исследователи ожидают, что база данных, разработанная в рамках этого проекта, будет полезна при исследованиях широкого круга материалов в дополнение к термоэлектрическим материалам. К примеру, это могут быть катализаторы, литий-ионные аккумуляторы, сверхпроводники, материалы с ионной и магнитной проводимостью.

Описание и результаты проведённой работы можно посмотреть здесь.