Новый алгоритм ускоряет поиск новых экзотических материалов

Coatings Today
25.05.2018 267

Даже в самых экономичных автомобилях около 60% общей энергии бензина теряется из-за высокой температуры в выхлопной трубе и радиаторе. Чтобы бороться с этим исследователи разрабатывают новые термоэлектрические материалы, способные преобразовывать тепло в электричество. Эти полупроводниковые материалы могут перенаправить электроэнергию обратно в транспортное средство и повысить эффективность использования топлива на 5%.

Сложность заключается в том, что существующие термоэлектрические материалы для рекуперации отработанного тепла очень дороги и требуют много времени для разработки. Одному из самых современных материалов, изготовленных из сочетания гафния и циркония (элементы, наиболее часто используемые в ядерных реакторах), потребовалось 15 лет с момента своего первоначального открытия до достижения оптимальной производительности.

В настоящее время, исследователи из Школы инженерных и прикладных наук Гарварда Джона А. Полсона (SEAS) разработали алгоритм по обнаружению и оптимизированию этих материалов за нескольких месяцев. Этот алгоритм работает путем решения квантовомеханических уравнений без какого-либо экспериментального ввода.

«Эти термоэлектрические системы очень сложны», – говорит Борис Козинский, ведущий автор исследования. «Полупроводниковые материалы должны обладать определёнными свойствами для работы в этой системе, включая высокую электропроводность, высокую термостойкость и низкую теплопроводность, чтобы всё тепло преобразовалось в электричество. Наша цель состояла в том, чтобы найти не просто новый материал, обладающий всеми необходимыми свойствами для термоэлектрического преобразования, но в то же время стабильный и дешевый материал».

Чтобы найти такой материал, команда разработала алгоритм, который может предсказать электронно-транспортные свойства материала только на основе химических элементов, используемых в кристалле. Ключевым аспектом стало упрощение вычислительного подхода к моделированию рассеяния электронов на фотонах и его ускорению примерно в 10 000 раз по сравнению с существующими алгоритмами.

Используя улучшенный алгоритм, исследователи проверили множество возможных кристаллических структур, включая те структуры, что ранее никогда не были синтезированы. Из них Козинский и его коллега Самсонидзе сократили список до нескольких интересных кандидатов. Для них исследователи затем провели дальнейшую вычислительную оптимизацию и направили лучших в экспериментальную команду.

Экспериментаторы, синтезировав лучших кандидатов, предложенных этими расчетами, обнаружили материал, который является таким же эффективным и стабильным, как и существующие термоэлектрические материалы, но в 10 раз дешевле. Общее время от первоначального отбора до рабочего состояния составило всего 15 месяцев.

«За 15 месяцев вычислений и экспериментов мы сделали то, на что потребовалось 15 лет для оптимизации предыдущих материалов», – поделился Козинский. «Что действительно интересно, так это то, что мы, вероятно, еще не полностью понимаем масштабы возможного упрощения процесса. Мы наверняка могли бы сделать этот метод еще быстрее и дешевле».

Учёные надеются улучшить новую методологию и использовать ее для изучения электронного транспорта в более широком объёме новых экзотических материалов, таких как, например, топологические изоляторы (диэлектрики, поверхности которых проводят электрический ток).

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Новый клей с содержанием биологического сырья до 80%
Новый клей с содержанием биологического сырья до 80%
Компания Toyochem Co Ltd, входящая в состав Toyo Ink Group, разработала новый липкий (PSA) клей…
Coatings Today
13.10.2020
233
Новое эпоксидное соединение выигрывает от добавления графена
Новое эпоксидное соединение выигрывает от добавления графена
Ученые в Университете Райса (Хьюстон, штат Техас, США) создали новый эпоксидный состав для применения в…
Coatings Today
29.01.2019
506
AkzoNobel обеспечит самое высокое здание в Европе порошковым покрытием
AkzoNobel обеспечит самое высокое здание в Европе порошковым покрытием
Здание высотой 1000 футов (310 метров), которое скоро станет самым высоким в Европе и изменит…
Coatings Today
24.12.2019
341
Антимоскитная краска
Антимоскитная краска
Мировой поставщик красок и покрытий, базирующийся в Японии, Kansai Paint Group, на прошлой неделе объявил,…
Coatings Today
24.04.2018
310
Dow принимает школьников на заводе в Раменском
Dow принимает школьников на заводе в Раменском
Москва, Россия – 11 сентября, 2019 г. – Dow принимает делегацию школьников, учащихся 9-11 классов…
Coatings Today
11.09.2019
321
Kordsa среди ведущих компаний по производству текстильных изделий
Kordsa среди ведущих компаний по производству текстильных изделий
Компания Kordsa заявила, что она входит в число 10 крупнейших компаний мира с наибольшим количеством…
Coatings Today
06.08.2018
250
Впервые на выставке «Металлообработка-2018» – 3D / AM !
Впервые на выставке «Металлообработка-2018» – 3D / AM !
Впервые на международной выставке «Металлообработка-2018» в павильоне №5 будет представлен раздел аддитивных технологий и 3D-печати…
Coatings Today
13.04.2018
288
Ninja H2 — компания Kawasaki будет использовать «самовосстанавливающуюся краску»
Ninja H2 — компания Kawasaki будет использовать «самовосстанавливающуюся краску»
Новая сверхстойкая краска от компании Kawasaki обладает специальным покрытием, обеспечивающим самоустранение царапин, благодаря чему отделка…
Coatings Today
27.03.2019
309
Пресс-релиз ExpoCoating Moscow 2020
Пресс-релиз ExpoCoating Moscow 2020
Выставка ExpoCoating Moscow состоится 27-29 октября 2020 в Москве, в МВЦ «Крокус Экспо» ExpoCoating Moscow…
Coatings Today
08.04.2020
314