一种计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，步骤包括：S1，构建具有掺杂缺陷的超胞晶体结构；S2，计算三声子散射过程的相关物理量；S3，判断掺杂体系是异价掺杂还是等电子掺杂，若为异价掺杂，则计算电声散射率，进入S4；若为等电子掺杂，则直接进入S4；S4，计算晶界散射率；S5，计算得到总声子散射率；S6，计算掺杂体系在多散射机制下的晶格热导率。本发明专利技术针对处理掺杂缺陷材料热输运性质传统方法的局限性，提出了新的解决办法。可同时处理掺杂体系中的多种散射机制，使理论模拟的晶格热导率精度进一步提升；为材料性能优化和材料设计提供理论指导。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料性能的理论计算领域，特别是涉及一种计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法。

技术介绍

1、掺杂作为调控与优化材料性能的关键策略，作用显著。以热电材料为例，其可通过调整能带结构来提升电输运性能，异价掺杂引入的载流子能实现最佳载流子浓度，从而获取高功率因子。在热输运性质方面，掺杂能引入电声散射、缺陷散射、晶界散射等多类散射机制，同时改变基体的固有性质，有效降低晶格热导率。尽管实验测定是研究缺陷体系热输运的重要方式，但测量技术的成本、难度及样品复杂性会影响结果精确性。故而利用理论计算来研究掺杂引起的多种散射机制下的材料热输运性质问题，不但有助于深刻理解掺杂材料热输运性质的微观机理，还可为高性能材料的设计提供理论引导。

2、在研究掺杂体系的热输运性质时，掺杂剂的引入必然破坏晶体周期性结构，给传统理论研究方法带来挑战。传统观点把掺杂剂视为点缺陷，基于微扰理论，将其对热导率影响归结于点缺陷散射机制的引入。点缺陷模型起初是为微量掺杂设计，然而当下热电材料应用中的掺杂浓度渐高，甚至形成固溶体。继续基于基体性质不变的假设，把掺杂视为独立散射本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述S1中，在数据库平台获取未进行掺杂的材料体系的晶体结构，对原胞进行扩胞，并取代替换一个基体原子为掺杂原子，得到所述超胞晶体结构。

3.根据权利要求1所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述S1中，通过实验获得的晶体信息，构建所述超胞晶体结构。

4.根据权利要求2所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述S2中，对所述超胞晶体结构进行扩胞，再利用第...

【技术特征摘要】

1.一种计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，步骤包括：

2.根据权利要求1所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述s1中，在数据库平台获取未进行掺杂的材料体系的晶体结构，对原胞进行扩胞，并取代替换一个基体原子为掺杂原子，得到所述超胞晶体结构。

3.根据权利要求1所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述s1中，通过实验获得的晶体信息，构建所述超胞晶体结构。

4.根据权利要求2所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述s2中，对所述超胞晶体结构进行扩胞，再利用第一性原理计算获得掺杂体系的二阶原子间力常数和三阶原子间力常数，然后结合玻尔兹曼输运方程进行迭代求解，获得三声子散射过程的相关物理量，所述相关物理量包括声子群速度v，三声子散射率声子热容cv，声子振动频率ω。

5.根据权利要求4所述的计算掺杂材料在多散射机制下晶格热导率的方法，其特征在于，所述s3中，若掺杂体系为异价掺杂，则基于所述超胞晶体结构，通过密度泛函理论计...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴胜男，杨炯，奚晋扬，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：