Новый алгоритм ускоряет поиск новых экзотических материалов

Coatings Today
25.05.2018 318

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

Травление без хрома для нанесения покрытий на пластмассы
Травление без хрома для нанесения покрытий на пластмассы
Компания MacDermid Enthone Industrial Solutions продвигает Evolve как первый проверенный на производстве процесс травления без…
24.01.2023
121
Высокоскоростная галтовка и полировка
Высокоскоростная галтовка и полировка
Компания Bel Air (Норт-Кингстаун, штат Род-Айленд) представляет центробежные полировальные установки. Это оборудование предназначено для полировки…
Coatings Today
28.05.2020
382
AkzoNobel запускает программу сотрудничества по биоматериалам
AkzoNobel запускает программу сотрудничества по биоматериалам
Компания AkzoNobel Speciality Chemicals (Амстердам) объявила на этой неделе о запуске программы сотрудничества с Renmatix…
Coatings Today
25.07.2018
337
Неорганические соли в качестве добавок для натуральных восточных лаков
Неорганические соли в качестве добавок для натуральных восточных лаков
В недавно проведенном исследовании предлагается новый экологичный метод, обеспечивающий длительное хранение и относительно нормальное отвреждение…
20.01.2022
468
Axalta подписала долгосрочный договор о сотрудничестве с TOYOTA GAZOO Racing Europe
Axalta подписала долгосрочный договор о сотрудничестве с TOYOTA GAZOO Racing Europe
Axalta предоставит лакокрасочные материалы для окраски гоночных автомобилей и оборудования. Компания Axalta (NYSE: AXTA), ведущий…
Coatings Today
12.04.2021
211
Китайский завод создал самое большое цельнокованое кольцо в мире
Китайский завод создал самое большое цельнокованое кольцо в мире
Китайская компания Shandong Iraeta Heavy Industry Co. недавно представила огромное цельнокованое кольцо из нержавеющей стали,…
Coatings Today
17.05.2019
403
Термопластичное порошковое покрытие Puroplaz PE20
Термопластичное порошковое покрытие Puroplaz PE20
Компания IFS Coatings выпустила Puroplaz PE20 Texture, низкоглянцевое термопластичное порошковое покрытие, обладающее высокой гибкостью и…
Coatings Today
02.03.2021
213
Открылась онлайн-регистрация на ведущие отраслевые выставки Rosmould & 3D-TECH| Rosplast2023
Открылась онлайн-регистрация на ведущие отраслевые выставки Rosmould & 3D-TECH| Rosplast2023
Спешим сообщить об открытии онлайн-регистрации на Международные промышленные выставки Rosmould & 3D-TECH и Rosplast, которые…
19.01.2023
145
Масштабное мышление способствует продвижению в производстве наночастиц
Масштабное мышление способствует продвижению в производстве наночастиц
Гейтерсберг, штат Мэриленд – Производство наночастиц — материальных объектов размером менее 100 нанометров (в 100000…
Coatings Today
16.01.2019
341