《納米結構聲子晶體熱電材料的理論和模擬計算研究》是依託華中科技大學，由楊諾擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米結構聲子晶體熱電材料的理論和模擬計算研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊諾
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱電材料能夠實現從熱能到電能的直接轉換，可以將大量的廢棄熱能變為可利用的電能，從而節約能源。體塊熱電材料不僅成本高，而且轉換效率也達不到產業化的要求。目前的研究顯示納米熱電材料的熱電轉換效率不僅可以略高於傳統體材料，而且仍有進一步提高的可能。聲子晶體是一種新型的人工結構，通過人為設計由兩種或兩種以上材料構成的周期性結構（圖1）。聲子晶體通過聲子局域化、禁帶以及降低群速度等方式影響熱的輸運。我們最近的研究（圖2）證明納米結構聲子晶體為提高熱電轉換效率提供了新希望。本項目建議系統地研究二維、三維聲子晶體的熱輸運、電輸運和熱電轉換特性，並挑選了具有代表性的納米半導體熱電材料（矽、石墨烯和二硫化鉬）進行研究。研究方法選取世界上普遍接受並且我們熟練掌握的分子動力學模擬、晶格動力學、非平衡格林函式、密度泛函和玻爾茲曼方程等方法。力圖在聲子晶體的基礎及套用研究上做出具有世界一流水平的原創性工作。
結題摘要
本項目在全新科研學科，“聲子工程”，進行探索和創新。聲子工程是利用微納結構的聲子器件，微觀設計和調控熱能輸運、轉換的學科。介電體中聲子的有效調控有望為導熱、散熱、熱電轉換等問題提供解決思路。本項目在聲子工程基礎和套用研究方面取得初步成果。基礎研究內容包括： a. 熱電轉換能夠直接將廢熱轉換成電能，利用納米技術提高其轉換率；b.納米熱輸運機理研究，將為深入理解納米尺度熱輸運提供堅實的基礎；c. 納米結構熱調控的研究，將為發展聲子器件提供理論指導。套用研究內容主要包括：納米材料對小型太陽能海水淡化/污水淨化裝置產量和效率的提高。研究成果利用綠色能源，進行淡水、淨水製備，設備具有簡單、小巧、低成本等優點，具有直接的社會價值和經濟價值。共發表國際英文期刊論文42篇，中文期刊1篇。其中，中科院一區8篇，二區19篇。3篇ESI高被引文章，7篇IF＞10的論文：Nano Lett 2篇（IF:13.6）、JMCA（IF 10.7）雜誌熱點、Mat Tod Phys 2篇（IF:11.5）、Ren Sust Ener Rev （10.6）、Small （10.9）。封底文章2篇Nanoscale（IF 7.2），封面文章一篇ES M&M。參與兩部學術專著編寫。獲得獎勵和項目：（1） 2016 日本學術振興會訪問學者（短期，全球申請者約1/3獲取）；（2） 2017 國家自然科學基金委員會與日本學術振興會合作交流項目（依附於本項目）；（3）2018 PHNONONS 2018 & PTES 2018 國際聲子學聯合會議海報獎；（4）2016 ASME美國機械工程師學會微納尺度傳熱傳質學術會議海報獎；（5）2017 湖北省傑青項目；（6）2016 華中學者（晨星崗）。發明專利授權1項、受理4項，在電廠進行示範工程建設。主持國際和國內學術會議各一次，在國際和國內學術會議做主題報告各一次和多次邀請報告。研究成果通過新聞報導以及網站信息進行科普展示。培養博士畢業3人和碩士畢業11人。
