新的热电转化机制-湖南大学国家超级计算长沙中心

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新的热电转化机制

浏览次数: 发表日期:2018-04-18

如何将废热转化为可用能量一直是当今世界的一项科学难题。热电效应、压电效应以及摩擦电效应均为能量转化过程带来了全新的思路,而热电效应受限于参数之间在物理本质上的复杂耦合关系而导致能量转化效率一直难以提高。借助计算机模拟,寻找一种全新的不依赖与Seebeck效应的热-电能量转化在能量转化领域是一项全新的尝试。通过大型计算机结合分子动力学模拟,我们首次在理论上语言了压电纳米线受热偏转的现象可以产生压电势。

为了对大尺寸的纳米线受热偏转产生的偏移量进行模拟,我们需要对10万个原子以上的受力进行精确的积分运算。通过超级计算机结合分子动力学模拟,可以得到纳米线受热偏转后实际的振动图像。通过更进一步计算,改变加热区域后,偏转效应得以放大到足以产生压电效应。通过计算纳米线所产生偏移量,再结合有限元模拟,开路电压、能量输出效率等等物理量可以完全由数值方法得出,这为物理机制的深入研究提供了有效手段,并且大量的节约了实际研发的成本。
该成果已发表于Appl. Phys. Lett. 2016。

图一 纳米线受热偏转的分子动力学模拟

图二 压电纳米线受热偏转后的电势差计算


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  图三 成果发表于Appl. Phys. Lett. 2016