Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Javad Hashemifar,Hadi Akbar zadeh
سید جواد هاشمی فر (استاد مشاور) هادی اکبرزاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Shima Sharifinajafabadi
شیما شریفی نجف آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Ab initio study of structural, electronic and thermoelectric properties of AgSbSe2 crystal
Global increase in energy consumption and running out of fossil resources of the earth has stimulated scientists to search for new energy resources. The direct conversion of heat to electricity by using modern thermoelectric materials is nowadays considered as a possible energy resource which may have also impact on global warming. By assembling appropriate thermoelectric generators around the exhaust pipe of the automobile, some part of the waste heat may be recycled into electric power usable by cooling chamber or fridge of the vehicle. The major challenges in manufacturing this type of generators are cost and efficiency of thermoelectric materials. The efficiency of a thermoelectric generator through the dimensionless figure of merit ZT is associated with the electrical conductivity ?, the Seebeck coefficient ?, the thermal conductivity ?, and the temperature T. The ternary chalcogenides AgSbQ 2 (Q = Te, Se, S, …) are among favorite materials used in manufacturing thermoelectric segments that inherently have high Seebeck coefficient and electrical conductivity and low thermal conductivity, which may be further improved by doping impurities. Because of the similar scattering properties of the Ag and Sb atoms, various X-ray and neutron diffraction experiments have not been able to accurately determine atomic configuration of these systems, although all measurements conform the rock-salt crystal structure of this system. Hence we have considered five possible crystal structures in this work. In this study, structural, electronic, and thermoelectric properties of Age 2 crystal is investigated by using first-principles computations. The structural and electronic properties of Age 2 crystal is calculated in the framework of density functional theory and GGA-PBE approximation by using pseudopotential method. We have used the PWSCF code from the computational QUANTUM ESPRESSO package, in which the plane waves are used as the basis set for expansion of the Kohn-Sham wave functions. We used norm-conserving and scalar relativistic pseudo potentials. We considered five possible crystal structures of Age 2 compound ( ,,, and ) to find out its stable structure, equilibrium lattice parameters, Bulk modules, and cohesive energy. In the next step, the thermoelectric properties of different structures are calculated in the framework of the semi- ltr" Keywords: First-principles calculations, Age2, thermoelectricity, Seebeck coefficient, electrical conductivity, power factor, semi-classical Boltzmann traort theory, relaxation time
افزایش جهانیِ مصرف انرژی و رو به اتمام بودن منابع فسیلی کره ی زمین، دانشمندان را ترغیب به یافتن منابع جدید انرژی نموده است. امروزه، تبدیل مستقیم گرما به الکتریسیته با استفاده از مواد ترموالکتریک جدید به عنوان یک منبع ممکنِ انرژی تلقی می شود که می تواند در کاهش گرمای کره ی زمین نیز مؤثر واقع شود. با تعبیه ی مولدهای ترموالکتریک مناسب در اطراف لوله ی اگزوز خودرو، می توان بخشی از این گرمای اتلافی را بازیافت و تبدیل به الکتریسیته ی مفید کرد که از آن در خنک سازی اتاقک خودرو و یا تأمین برق مورد نیاز یخچال آن استفاده می شود. چالش اساسی در زمینه ی ساخت این نوع مولدها، هزینه ی تولید و بازده مواد ترموالکتریک است. بازده یک مولد ترموالکتریک از طریق کمیتِ بدون بُعد ضریب بهره ZT ، با ? رسانندگیالکتریکی، ? ضریب سیبک، ?رسانندگی گرمایی کل و T دما در ارتباط می باشد. ترکیبات سه تایی کالکوژن دار AgSbQ 2 ( Q= S, Se ,Te ) یک گروه از مواد مورد علاقه برای ساخت قطعات ترموالکتریکی می باشند که به طور ذاتی دارای ضریب سیبک و رسانندگی الکتریکی بالا و رسانندگی گرمایی پایین می باشند و با اعمال آلایش به آن ها می توان این خواص را باز هم بهبود بخشید. به دلیل مشابه بودن خواص پراکندگی اتم های Ag و Sb ، محققان تاکنون بر اساس آزمایش های پراش اشعه ی ایکس و نوترون، قادر به تعیین ‌پیکربندی اتمی این سیستم ها به طور دقیق نبوده اند. با این وجود، تمامی اندازه گیری ها وجود یک ساختار بلوری مشابه نمک طعام را تأیید می کنند. از این رو در این تحقیق پنج ساختار بلوری ممکن را در نظر می گیریم و خواص ساختاری، الکترونی و ترموالکتریکی بلور Age 2 را با استفاده از محاسبات ابتدا به ساکن مورد بررسی قرار می دهیم. خواص ساختاری و الکترونی، در چارچوب نظریه ی تابعی چگالی و تقریب تبادلی-همبستگی GGA-PBE ، به روش شبه‌پتانسیل محاسبه می‌شود. بدین منظور، از کد PWSCF از بسته ی محاسباتی QuantumESPRESSO که در آن از امواج تخت به عنوان پایه های بسطِ توابع موج تک‌ذره ایِ کوهن-شم استفاده می شود، بهره برده‌ایم. شبه پتانسیل های مورد استفاده از نوع بار پایسته و نسبیتی اسکالر می باشند. برای یافتن ساختار پایدار بلور Age 2 ، پارامترهای شبکه ی تعادلی، مدول حجمی و انرژی همدوسی، پنج ساختار بلوری ممکن ( ، ، ، و ) را در نظر می گیریم. در گام بعد، خواص ترموالکتریکی ساختارهای مختلف در چارچوب نظریه ی ترابرد نیمه کلاسیک بولتزمن، با استفاده از کدهای Wannier90 و BoltzTraP محاسبه و با مقادیر تجربی مقایسه می شوند. از مقایسه ی مقادیر محاسبه شده ی رسانندگی الکتریکی و اندازه‌گیری های تجربی، می توان مقدار تقریبی زمان واهلش را تخمین زد. کلمات کلیدی : محاسبات ابتدا به ساکن، Age 2 ، ترموالکتریسیته، ضریب سیبک، رسانندگی الکتریکی، عامل توان، نظریه ی ترابرد نیمه کلاسیک بولتزمن، زمان واهلش

تحت نظارت وف ایرانی