Właściwości termoelektryczne wybranych domieszkowanych materiałów typu AgXY2 i klatratów krzemowych – badania in silico


                

Kierownik projektu:

Numer grantu:

  • MNiSW - DI2014 019144

Data rozpoczęcia:

  • 2015-09-22

Data zakończenia:

  • 2019-10-21

Zrównoważone wykorzystywanie energii oraz zwiększanie udziału jej odnawialnych źródeł mają kluczowe znaczenie w rozwoju cywilizacji XXI wieku. Materiały termoelektryczne, umożliwiające bezpośrednią konwersję energii cieplnej w elektryczną, są niezwykle interesującym przedmiotem badań, z uwagi na możliwość ich wykorzystania w wielu dziedzinach życia do odzysku energii z ciepła odpadowego.

Jedną z bardziej obiecujących pod względem własności termoelektrycznych grup materiałów są chalkogenki AgSbTe2 oraz AgSbSe2. Drugą grupą takich materiałów o odmiennym charakterze wiązań chemicznych są klatraty krzemowe, które umożliwiają realizację oryginalnej koncepcji idealnego materiału termoelektrycznego: szkła fononowego - kryształu elektronowego (ang. PGEC – phonon glass - electron crystal).

Badania topologiczne gęstości elektronowej umożliwiają odniesienie własności badanej struktury do takich cech jak charakter i siła wiązań chemicznych. Wnikliwe poznanie ich natury i zmian obserwowanych w wyniku domieszkowania, czy też innych modyfikacji struktury, pozwolą na znacznie lepsze zrozumienie relacji pomiędzy nimi i strukturą elektronową, a własnościami termoelektrycznymi.

Celem projektu jest kompleksowa analiza wybranych materiałów: a) chalkogenków o stechiometrii AgXY2 (gdzie X: Sb, Sn, Pb, Y: Se, Te oraz xi,yi = 0 - 1) oraz b) klatratów krzemowych. Badania wpływu składu wyjściowego i lokalnego nieporządku w sieci macierzystej (chalkogenki) oraz rodzaju, ilości domieszek oraz zajmowanych przez nie pozycji w strukturze (chalkogenki i klatraty krzemowe) na właściwości termoelektryczne badanych materiałów, oparte będą na obliczeniach właściwości wynikających zarówno z cech sieci odwrotnej jak również tych odnoszących się do otoczenia poszczególnych atomów w rzeczywistej sieci krystalicznej (cech lokalnych). Szczególna uwaga poświęcona zostanie właściwościom lokalnym, których wpływ na własności termoelektryczne materiałów jest bardzo ważny, a często w dotychczas wykonywanych badaniach pomijany.