(Invited) Exploring Thermoelectric Materials Using Predictive Theoretical Modeling
Notice bibliographique
Résumé
An important challenge facing society involves reducing our energy consumption and shifting away from fossil fuels and towards sustainable, abundant sources of power that do not harm the environment. Waste heat is a tremendous unutilized energy source, accounting for roughly 60% of the energy humans produce, that if we could only partially recover would have a major impact. Thermoelectrics (TE) provide a solution as materials than can convert heat into electrical power. A major goal is to enhance the TE conversion efficiency, characterized by the figure-of-merit ZT , which depends on the material TE properties: Seebeck coefficient, electrical conductivity and electronic/lattice thermal conductivities. Increasing ZT is critical for the advancement of TE technologies, but difficult since the TE properties are interrelated. To discover more high- ZT materials, it is important to explore and design new materials with unique properties tailored for TE conversion. In the past decade, there have been several breakthroughs in this direction, including nanostructured alloys, resonant impurity states, superlattice structures, all-scale defect engineering, and ultra-low thermal conductivity materials. These, like most advances, were experimentally led and based on trial-and-error, which can be expensive and time-consuming. To help guide experimental efforts and expedite discoveries, there is an opportunity to explore emerging materials using predictive theoretical modeling. In this talk, I will present recent work focused on the development and application of a first principles approach for TE parameter predictions. I will describe our adopted framework, which combines density functional theory (DFT) and the Boltzmann transport equation (BTE). DFT is employed to extract the full electron and phonon dispersions, and to compute the detailed electron-phonon and phonon-phonon lifetimes, the dominant scattering mechanisms for electrons and phonons, respectively. These material properties serve as input for the BTE, which is solved for the TE transport coefficients. With this DFT-based approach, all TE parameters are obtained predictively, including Seebeck coefficient, electrical conductivity and electronic/lattice thermal conductivities, as a function of temperature and carrier concentration. Recent results on select materials, for example SnSe, will be presented to demonstrate the approach and to illustrate how we can gain physical insight. This work will help guide experimental breakthroughs by theoretically exploring and identifying new TE materials with enhanced properties.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».