Новый алгоритм ускоряет поиск новых экзотических материалов

Coatings Today
25.05.2018 261

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

ПРЕСС-РЕЛИЗ: МЕТАЛЛООБРАБОТКА 2018
ПРЕСС-РЕЛИЗ: МЕТАЛЛООБРАБОТКА 2018
ПРЕСС-РЕЛИЗ   «МЕТАЛЛООБРАБОТКА-2018» – ГЛАВНОЕ СОБЫТИЕ МИРОВОГО СТАНКОСТРОЕНИЯ И СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ   19-я международная…
Coatings Today
10.05.2018
295
Степень защиты на страже работы в агрессивной среде
Степень защиты на страже работы в агрессивной среде
Агрессивная среда на предприятии может негативно сказаться на всём оборудовании в технологическом процессе. Защиту от…
Coatings Today
12.11.2018
254
Федеральная комиссия США приостанавливает строительство трубопровода
Федеральная комиссия США приостанавливает строительство трубопровода
В конце прошлой недели Федеральная комиссия по регулированию энергетики (ФКРЭ) США приказала приостановить работы над…
Coatings Today
09.08.2018
272
Выручка компании AkzoNobel увеличилась на 9% в IV квартале
Выручка компании AkzoNobel увеличилась на 9% в IV квартале
Компания Akzo Nobel N.V. (AKZA; AKZOY) опубликовала результаты за IV квартал и 2021 год Основные моменты IV квартала…
14.02.2022
357
Авиалайнер способный развивать скорость 2,2 Маха
Авиалайнер способный развивать скорость 2,2 Маха
На данный момент компания Boom собирает прототип своего сверхзвукового авиалайнера, чтобы продемонстрировать аэродинамические характеристики, современные…
Coatings Today
24.01.2019
237
Компания GE выпускает наземную ветровую турбину Cypress 6.0-164
Компания GE выпускает наземную ветровую турбину Cypress 6.0-164
Самая мощная наземная ветровая турбина компании GE оснащена двухсекционной лопастью из углеродного волокна и увеличивает…
Coatings Today
19.01.2021
180
Лучезарная башня арт-центра LUMA ARLES
Лучезарная башня арт-центра LUMA ARLES
Эта 56-метровая башня — совершенно поразительный знаковый объект во французском городе Арле. Её перекрученный фасад,…
25.10.2022
23
Технология Dow FASTRACK помогает проложить путь в Пхёнчхан
Технология Dow FASTRACK помогает проложить путь в Пхёнчхан
Спортсмены и болельщики, отправляющиеся на зимние Олимпийские игры в Пхёнчхан 2018 по скоростной автомагистрали Yeongdong…
Coatings Today
29.01.2018
258
Новый огнестойкий конструкционный клей от компании Delo для кабин летательных аппаратов
Новый огнестойкий конструкционный клей от компании Delo для кабин летательных аппаратов
Авиационная промышленность сильно зависит от конструкций небольшого веса и оптимальной конструкционной прочности. Компания Delo разработала…
Coatings Today
06.03.2019
274