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First-principles modeling of thermoelectric materials
Ming-Xing Chen
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Raimund Podloucky
DOI
10.25365/thesis.19049
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30101.76449.369461-2
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Thermoelektrische Materialien sind für umweltfreundliche Stromerzeugung
von Interesse. Die Motivation der Dissertation ist es, thermoelektrische
Eigenschaften auf einem fundamentalen Niveaus zu beschreiben und zu
verstehen. Grundzustandseigenschaften wurden im Rahmen der
Dichtefunktionaltheorie berechnet und die thermoelektrischen Eigenschaften
mit Hilfe der Boltzmannschen Transportheorie. Zwei Klassen von thermoelektrischen
Materialien, Skutterudite und Clathrate, wurden erforscht.
Schwingungseigenschaften von einigen Ge-basierten Skutteruditen wurden
untersucht, um Rasselmoden zu verstehen, die für die thermische Leitfähigkeit
des Gitters wichtig sind. Die Resultate für einige Ge-basierte Skutterudite
ergaben einen niedrigen Seebeckwert, der um zwei Größenordnungen
verbessert werden könnte, wenn man geeignete Substituierungen des Ge durch Sb
macht. Weiters wurden thermoelektrische Eigenschaften von einigen Ge-basierten
Clathraten erfolgreich untersucht. Die Lorenzzahl, die wichtig für die
thermische Leitfähigkeit ist, wurde für ein Clathrat bestimmt, wobei sich eine
starke Abhängigkeit von Temperatur und Zusammensetzung zeigte. Die
Resultate beweisen die Stärke einer Materialwissenschaft, die von den tiefsten
Grundlagen ausgeht.
Abstract
(Englisch)
Thermoelectric materials provide potential applications for an environment friendly
power generation. The thesis aimed at an understanding of thermoelectric
properties of selected materials at a fundamental level. Ground state
properties were calculated within the density functional theory and thermoelectric
properties were derived within Boltzmann's transport theory. Two classes of
thermoelectric materials, namely skutterudites and clathrates, were
investigated. Vibrational properties of some Ge-based skutterudites were
studied for an understanding of rattling modes, which are of importance for the lattice
thermal conductivity. The results for some Ge-based skutterudites revealed
rather low Seebeck coefficients, which may be improved by two orders of magnitude by
appropriate replacements of Ge by Sb. Furthermore,
thermoelectric properties of some Ge-based clathrates are successfully studied.
The Lorenz number for the electronic thermal
conductivity is determined, which strongly varies as a function of
temperature and composition. The results manifest the
capabilities of a first-principles computational materials design.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
First-principles modeling thermoelectric materials skutterudites and clathrates transport properties electronic structure and vibrational properties of solid matter
Schlagwörter
(Deutsch)
First-principles Modellierung thermoelektrische Materialien Skutterudite und Clathrate Transporteigenschaften elektronische Struktur und Schwingungseigenschaften fester Materie
Autor*innen
Ming-Xing Chen
Haupttitel (Englisch)
First-principles modeling of thermoelectric materials
Paralleltitel (Deutsch)
First-principles Modellierung von thermoelektrischen Materialien
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
162 S. : graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Alessandra Continenza ,
Peter Mohn
Klassifikation
33 Physik > 33.79 Kondensierte Materie: Sonstiges
AC Nummer
AC09023545
Utheses ID
17068
Studienkennzahl
UA | 091 | 411 | |