方向性声子抑制函数作为识别极低热导率材料的工具
材料科学
2016-10-04 v1
摘要
纳米结构中的边界工程具有极大地推动直接将热能高效转化为电能的材料发展的潜力。特别是，半导体的纳米结构化可以在电导率几乎不退化的情况下强烈抑制热传输。尽管这种材料特性的组合对热电材料很有前景，但它在很大程度上仍未被探索。在这项工作中，我们引入了一个新概念——方向性声子抑制函数，以前所未有的细节揭示边界主导的热传输。结合密度泛函理论和玻尔兹曼输运方程，我们计算了纳米多孔硅材料的这一物理量。我们首先计算了具有对齐圆形孔洞情况下的热导率，证实了相对于块体材料存在显著的热传输退化。然后，通过分析该系统中声子抑制的方向性信息，我们识别出一种具有相同孔隙率的矩形孔洞新结构，该结构能使热传输相对于圆形孔洞降低四倍。我们的结果说明了方向性声子抑制函数的效用，为系统性地最小化热导率开辟了新途径，并有可能加速下一代热电器件的工程设计。
引用
@article{arxiv.1610.00052,
title = {Directional Phonon Suppression Function as a Tool for the Identification of Ultralow Thermal Conductivity Materials},
author = {Giuseppe Romano and Alexie M. Kolpak},
journal= {arXiv preprint arXiv:1610.00052},
year = {2016}
}