ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ИРНAP05133391, Номер госрегистрации0118РК00896
НаименованиеДизайн перспективных термоэлектрических полупроводниковых материалов методами расчета из первых принципов
Приоритетное направлениеЭнергетика и машиностроение
Вид исследованияФундаментальное
ЗаявительРеспубликанское Государственное предприятие на праве хозяйственного ведения "Евразийский Национальный университет имени Л.Н. Гумилева"
Научный руководительИнербаев Талгат Муратович
Балл ГНТЭ30
Общая одобренная сумма14966950
Решение ННС
Ожидаемые результаты
Результаты научных исследований будут опубликованы в международных высокопоставленных журналах. Публикация монографий и патентование полученных результатов в иностранных или отечественных патентных ведомствах не допускаются.
С социальной точки зрения, долгосрочным результатом проекта станет новое поколение ученых. Результатом этого проекта станет интеграция казахстанских ученых в международное научное сообщество.
Более глубокое понимание основ явлений, ответственных за преобразование бросовой тепловой энергии в электричсство будет является основным научным результатом. Целью работы является разработка методологии, позволяющей адекватно определять взаимодействия, определяющие электронные свойства и теплопроводность твердых тел. Дальнейшая разработка и применение предложенного метода исследований для решения данной проблемы будет прорывным в данной области, поскольку данная методика никогда не использовалась для исследования термоэлектриков.
Полученные фундаментальные научные результаты должны найти применение в области альтернативной энергетики и энергосбережения. Целевыми потребителями результатов являются ученые, технологи и инженеры, занимающиеся разработкой энергосберегающих устройств и технологий, а также синтез новых материалов для этих целей. Ожидается, что полученные результаты предоставят практические рекомендации потенциальным потребителям, таким как, например, химики, материаловеды и инженеры.
Реферат (Абстракт) - 2018 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Объектом исследования являются оксиды и флюориды, допированные примесными ионами тяжелых металлов, включая ионы серии лантана
Цель работы
Целью работы является теоретическое исследование различных модификаций перспективных полупроводниковых термоэлектриков, включающее создание новых теоретических методов и разномасштабное компьютерное моделирование с целью поиска и предсказания новых материалов.
Методы исследования
Свойства твердых тел в основном состоянии, электронная структура и динамические свойства решетки рассчитываются при помощи первопринципных методов расчета с использованием программного комплекса VASP – Vienna ab initio Simulation Package. На основе полученных данных термоэлектрические свойства матреиалов, такие как тензор коэффициента Зеебека, электрическая проводимость и электронная теплопроводность вычисляются с помощью транспортной теории Больцмана, включающая приближение времени релаксации.
Полученные результаты и новизна
проведено моделирование свойств перспективных термоэлектриков структуры сплава Гейслера Fe2TiSn и слоистого оксихалькогенида BiCuSeO. Моделирование электронной структуры проводилось методами «из первых принципов» с использованием метода функционала плотности в базисе плоских волн. Рассчитанные свойства электронной структуры сравнены с аналогичными расчетами, приведенными в литературе. На основе полученной электронной структуры были проведены дальнейшие исследования указанных соединений, в которых было моделировались транспортные свойства для описания термоэлектрических эффектов в данных веществах. Исследования проводились при помощи численного решения транспортного уравнения Больцмана.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Получено теоретическое описание электронной структуры термоэлектрических материалов полного сплава Гейслера Fe2SnTi и оксихалькогенида BiCuSeO. Сравнение с экспериментальными и доступными теоретическими данными показали хорошую точность примененных методов.
Степень внедрения
Внедрение не предполагается
Эффективность
Полученные данные позволяют предварительно оценить эффект допирования исследованных материалов на улучшение их термоэлектрических характеристик. Соответствующие эффекты будут детально исследованы в дальнейшем в рамках данного проекта.
Область применения
Полученные фундаментальные научные результаты должны найти применение в области альтернативной энергетики и энергосбережения. Целевыми потребителями результатов являются ученые, технологи и инженеры, занимающиеся разработкой энергосберегающих устройств и технологий, а также синтез новых материалов для этих целей. Ожидается, что полученные результаты предоставят практические рекомендации потенциальным потребителям, таким как, например, химики, материаловеды и инженеры.
Реферат (Абстракт) - 2019 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Объектом исследования являются оксиды и флюориды, допированные примесными ионами тяжелых металлов, включая ионы серии лантана
Цель работы
Целью работы является поиск новых модифицированных сплавов Гейслера и металлооксидных соединений, перспективные для применения в термоэлектрических генераторах для конвертации бросового тепла в электроэнергию
Методы исследования
Свойства твердых тел в основном состоянии, электронная структура и динамические свойства решетки рассчитываются при помощи первопринципных методов расчета с использованием программного комплекса VASP – Vienna ab initio Simulation Package.
Полученные результаты и новизна
В этой работе мы оценили коэффициенты Зеебека для сплавов Гейслера Fe 2 Ti 1 - x V x Sn (x = 0, 0,0625, 0,125 и 0,25). Расчеты показывают результаты для х = 0 относительно близки к экспериментальным. Когда применяется, при таком же методе расчета для образцов с равномерным распределением ванадия, несмотря на сходство и подтверждение предыдущих теоретических исследований, результаты сильно отличаются от экспериментальных. Существенное отличие теоретических расчетов и экспериментальных результатов может быть объяснено тем, что теория не учитывает неидеальность экспериментальных образцов. Расчет с учетом дефектов упаковки, вакансий и неоднородного распределения атомов ванадия в суперячейке позволяет находить значения термоэлектрического напряжения ближе к экспериментальным данным.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Получено теоретическое описание электронной структуры термоэлектрических материалов полного сплава Гейслера Fe2SnTi и оксихалькогенида BiCuSeO. Сравнение с экспериментальными и доступными теоретическими данными показали хорошую точность примененных методов.
Степень внедрения
высокое
Эффективность
Полученные данные позволяют предварительно оценить эффект допирования исследованных материалов на улучшение их термоэлектрических характеристик. Соответствующие эффекты будут детально исследованы в дальнейшем в рамках данного проекта.
Область применения
Полученные фундаментальные научные результаты должны найти применение в области альтернативной энергетики и энергосбережения. Целевыми потребителями результатов являются ученые, технологи и инженеры, занимающиеся разработкой энергосберегающих устройств и технологий, а также синтез новых материалов для этих целей.
Реферат (Абстракт) - 2020 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Объектом исследования являются оксиды и флюориды, допированные примесными ионами тяжелых металлов, включая ионы серии лантана
Цель работы
Целью работы является поиск новых модифицированных сплавов Гейслера и металлооксидных соединений, перспективные для применения в термоэлектрических генераторах для конвертации бросового тепла в электроэнергию.
Методы исследования
Для описания термоэлектрических свойств сплава Гейслера Fe2SnTi на основе результатов расчетов электронной структуры методами «из первых принципов», решалось транспортное уравнение Больцмана в приближении постоянного времени релаксации, как это реализовано в программном пакете BoltzTrap.
Полученные результаты и новизна
В данной работе исследовано влияние легирования ниобием, иттрием и фосфором на кристаллическую и электронную структуру, а также термоэлектрические свойства. Было подсчитано, что легирование любым из элементов приводит к легированию n-типа по сравнению с чистой системой с включенными вакансиями Bi. Легирование Nb и P при концентрации 3 ат.% Приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны из-за радиуса легированных элементов с дальнейшим ростом при повышенных концентрациях. Включение иттрия приводит к расширению запрещенной зоны. ПЭС исследуемых систем обнаруживает уплотнение вблизи уровня Ферми. При легировании Nb при 6 ат.% Наблюдается переход природы от полупроводника p-типа к полупроводнику n-типа. Это связано со степенью окисления ниобия, т. Е. Легирование является алиовалентным с дополнительными электронами.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Эта работа обеспечивает вычислительные доказательства в поддержку действующей гипотезы. Гипотеза состоит в том, что скорости релаксации электронов подчиняются закону запрещенной зоны.
Область применения
Полученные фундаментальные научные результаты должны найти применение в области альтернативной энергетики и энергосбережения. Целевыми потребителями результатов являются ученые, технологи и инженеры, занимающиеся разработкой энергосберегающих устройств и технологий, а также синтез новых материалов для этих целей. Ожидается, что полученные результаты предоставят практические рекомендации потенциальным потребителям, таким как, например, химики, материаловеды и инженеры.
Реферат (Абстракт) - 2020 год
Объект исследования, разработки или проектирования
Объектом исследования являются оксиды и флюориды, допированные примесными ионами тяжелых металлов, включая ионы серии лантана
Цель работы
Целью работы является поиск новых модифицированных сплавов Гейслера и металлооксидных соединений, перспективные для применения в термоэлектрических генераторах для конвертации бросового тепла в электроэнергию.
Методы исследования
Свойства твердых тел в основном состоянии, электронная структура и динамические свойства решетки рассчитываются при помощи первопринципных методов расчета с использованием программного комплекса VASP – Vienna ab initio Simulation Package.
Полученные результаты и новизна
В данной работе исследовано влияние легирования ниобием, иттрием и фосфором на кристаллическую и электронную структуру, а также термоэлектрические свойства. Было подсчитано, что легирование любым из элементов приводит к легированию n-типа по сравнению с чистой системой с включенными вакансиями Bi. Легирование Nb и P при концентрации 3 ат.% Приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны из-за радиуса легированных элементов с дальнейшим ростом при повышенных концентрациях.
Основные конструктивные и технико экономические показатели
Сравнение с экспериментальными и доступными теоретическими данными показали хорошую точность примененных методов.
Степень внедрения
Внедрение не предполагается
Эффективность
Полученные данные позволяют предварительно оценить эффект допирования исследованных материалов на улучшение их термоэлектрических характеристик. Соответствующие эффекты будут детально исследованы в дальнейшем в рамках данного проекта.
Область применения
Полученные фундаментальные научные результаты должны найти применение в области альтернативной энергетики и энергосбережения. Ожидается, что полученные результаты предоставят практические рекомендации потенциальным потребителям, таким как, например, химики, материаловеды и инженеры.