理想单晶锑化钴热电材料本征抗断性能的微观模拟开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

人类活动离不开能源,随着人类活动特别是近代以来全球工业的不断发展,传统不可再生能源日益消耗,面临枯竭的危险。同时,由传统能源带来的环境问题日益严峻,能源问题和环境问题已经成为21世纪主要的社会问题,因此,开发新能源迫在眉睫,也是现实所需。新能源的开发离不开能源材料的发展,而热电材料作为环境友好型的能源转换材料具有很好的研究价值。热电材料具有三个效应,即seebeck效应,pettier效应,thomson效应,利用这三种效应制作的温差发电器,将工业余热,垃圾焚烧热等转化为电能;制作的热电制冷器尺度小,质量轻,无噪音,无污染。这些对可持续发展及环境保护有着重要的意义。

热电材料的性能以无量纲热电优值zt来表征,zt值越大表明材料的热电性能越好(zt=α2σt/k),热电材料的性能主要与seebeck系数α,热电材料的电导率σ及热电材料的热导率k有关,且这几个参数相互关联共同决定热电材料的性能,改变一个系数导致其他两个系数发生改变,因此zt值的优化是研究热电材料的重要研究方向。随着科技的不断发展和人们对热电研究的逐渐重视,热电材料的研究有了很大的突破。在对热电材料的研究上主要有两大研究方向,一是开发新型块体热电材料,二是研究低维热电材料。近几年来,大量研究将块体热电材料与低维热电材料相结合,开辟微纳复合材料这一热点研究的新方向。微纳复合材料将低维或纳米材料填充进块体热电材料的孔隙中,解决低维或纳米材料成本高,技术复杂的缺点,同时提高块体热电材料的性能。

具有skutterudite晶体结构的方钴矿热电材料是中温区高效热电材料,在热电应用方面有很大的应用前景。方钴矿热电材料基本化学式为ab3(a为金属元素,如ir,co,rh,fe等;b是v族元素,如as,sb,p等),cosb3便是最具代表性的skutterudite化合物。cosb3为立方晶格结构,空间群im-3(204),一个晶胞含有8个cosb3,共32个原子,原子占位为co:(0.25, 0.25, 0.25); sb:(0 ,0.3348, 0.1570)。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:

锑化钴(cosb3)热电材料是一类具有潜在应用价值的新型中温热电材料。本论文围绕锑化钴热电材料的本征力学行为展开研究。理想单晶锑化钴有三个独立的弹性常数(c11,c12,c44),不是各向同性的,因此应力作用在不同方向上引起的力学响应会有所不同。为了研究方向性对单晶锑化钴热电材料力学行为的影响,本课题将在简单应力状态下,选取不同的作用方向分别进行拉伸,比较不同情况下获得的应力—应变曲线,进而了解不同应力作用方向的影响,获得最弱承载方向及本征强度,并且通过原子结构演化分析揭示理想单晶锑化钴的本征破坏机理。

技术方案及措施:

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,基本确立研究思路,完成开题报告。

第4-5周:建立沿不同方向拉伸的单晶块体cosb3的原子模型。

第6-8周:建立单晶块体cosb3力学性能模拟的分子动力学模拟方法。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 杨绪秋.cosb3热电材料的分子动力学模拟研究[d].武汉:武汉理工大学,2012.

[2] 杨绪秋.锑化钴热电材料热力学性能的分子动力学研究[m].武汉:武汉理工大学出版社,2017.

[3] tahir mohiuddin bhat,dinesh c. gupta.analyisi ofmechanical,thermodynamic,and thermoelectric properties of ferromagnetic srfe4as12 skutterudite[j].journal of solid state chemistry,2018:274-278.

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