Skip to main content
SUPERVISOR
Seyed Javad Hashemifar,Hadi Akbar zadeh
سید جواد هاشمی فر (استاد راهنما) هادی اکبرزاده (استاد مشاور)
 
STUDENT
MARZIEH SALIMI
مرضیه سلیمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

First-principles calculation of seebeck coefficient and electric conductivity of (AgSbSe2)n(AgSbTe2)n thin film superlattice
One of the main challenges of the modern world is finding new sources of energy. Nowadays, thermoelectric materials which directly convert heat into electricity, are considered as possible novel energy sources that can also be effective in reducing global warming. The closest promising thermoelectric application seems to happen in the automobile industry. General Motors has stated that only 10 percent reduction of fuel consumption in this company’s automobiles, will save 100 million gallons of fuel per year for America. The main deficiency of the conventioned thermoelectric materials is their low efficiency which perivents them to compete with the conventional heating and cooling systems. Hence scientists are using nanotechnology to look for new thermoelectric materials which have high power efficiency. Superlattices are two dimensional nano systems which seem to be promising for improving figure of merit of thermoelectric materials. Hence, in this research, we study thermoelectric properties of (Age 2 ) n (AgSbTe 2 ) n (n=1,2) thin film superlattices. Ternary chalcogenides AgSbQ 2 (Q=S, Se, Te) are thermoelectric materials with high seebeck effect and electrical conductivity and low thermal conductivity and consequantly high thermoelectric performance. In this project, structural, electronic and traort properties of Age 2 , AgSbTe 2 and (Age 2 ) n (AgSbTe 2 ) n thin film superlattices have been calculated in the frame work within the density functional theory and pseudopotential formalism. Within the GGA approximation, Age 2 and AgSbTe 2 are predicted to be semimetals whereas these materials are narrow band gap semiconductors. To solve the gap problem, we used GGA+U and spin-orbit interaction. Spin-orbit interaction could not open any gap in the systems while GGA+U could estimate the band gap of Age 2 . In the next step, we calculated traort properties of these alloys. Then, after constructing the superlattices (n=1,2), we calculated traort properties by using the scissor corrected and the GGA+U electronic structures of the systems. Our results show (Age 2 ) 1 (AgSbTe 2 ) 1 superlattice exhibits improved thermoelectric properties compared with the alloys and (Age 2 ) 2 (AgSbTe 2 ) 2 superlattice and a high figure of merit is speculated for this system.
یکی از مهم ترین مسائل و چالش های جهان مدرن، یافتن منابع جدید انرژی می باشد. امروزه، مواد ترموالکتریک با تبدیل مستقیم گرما به الکتریسیته به عنوان یک منبع انرژی تلقی می شوند که می توانند در کاهش گرمای زمین نیز موثر واقع شوند. یکی از نویدبخش ترین کاربردهای ترموالکتریک در صنعت خودروسازی است. به طوریکه شرکت ژنرال موتور بیان داشته است که کاهش تنها 10 درصدی در مصرف سوخت تنها در خودروهای ساخت این شرکت، باعث صرفه جویی معادل 100 میلیون گالن سوخت در سال برای آمریکا خواهد شد. مشکل مواد ترموالکتریک صنعتی اینجاست که دارای بازده پایین هستند به طوری که توان رقابت با وسایل گرمایشی و سرمایش مرسوم را ندارند. بنابراین دانشمندان با به کارگیری فناوری نانو به دنبال یافتن مواد ترموالکتریک جدیدی هستند که بازده خوبی داشته باشند. ابرشبکه ها ازجمله نانوسیستم های دوبعدی هستند که پتانسیل زیاد برای بهبود کارایی ترکیبات ترموالکتریک دارند . به همین دلیل در این تحقیق خواص ترموالکتریکی ابرشبکه (Age 2 ) n (AgSbTe 2 ) n را به ازای 2و1= n مورد بررسی قرار می دهیم. ترکیبات کالکوژن دار AgSbQ 2 (Q=S,Se,Te) دسته ای از مواد ترموالکتریک هستند که به طور ذاتی دارای ضریب سیبک و رسانندگی الکتریکی بالا و رسانندگی گرمایی پایین و در نتیجه کارایی ترموالکتریکی بالایی هستند. در این تحقیق با استفاده از محاسبات کوانتومی مبتنی بر نظریه تابعی چگالی و رهیافت شبه پتانسیل به بررسی خواص ساختاری، الکتریکی و ترابردی بلورهای Age 2 و AgSbTe 2 و ابرشبکه های متشکل از این دو آلیاژ پرداختیم. بر اساس محاسبات انجام شده در تقریب GGA ، آلیاژهای Age 2 و AgSbTe 2 شبه فلز پیش بینی می شوند. در حالیکه در واقعیت این آلیاژها نیمرساناهای با گاف باریک هستند. برای رفع این مشکل، از تصحیح های GGA+U و اسپین-مدار بهره گرفتیم. اعمال تقریب اسپین-مدار مشکل گاف را برطرف نکرد اما تقریب GGA+U تا حدودی توانست گاف بلور Age 2 را به درستی پیش بینی کند. سپس به بررسی خواص ترابردی این آلیاژها پرداختیم. در گام بعدی، پس از تشکیل ابرشبکه تک لایه و دولایه از دو آلیاژ معرفی شده، خواص ترابرد را در تقریب GGA ، که گاف های مختلف انرژی به وسیله عملگر قیچی به سیستم اعمال گردیده است ، و تقریب GGA+U محاسبه نمودیم. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که ابرشبکه تک لایه نسبت به ابرشبکه دولایه و همچنین بلورهای تشکیل دهنده، خواص ترموالکتریکی بهتری از خود نشان می دهد و پیش بینی می شود که این ابرشبکه ضریب بهره بالایی داشته باشد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی