Tarkempi d-metallioksidien termosähköisten ominaisuuksien ennustaminen tiheysfunktionaaliteorialla

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Termosähköistä ilmiötä käyttämällä voidaan parantaa nykyisten energian tuotantomuotojen tehokkuutta muuntamalla prosesseissa syntyvää hukkalämpöä sähköksi. Yleisesti ottaen, termo-sähköisiä materiaaleja voidaan hyödyntää lähes kaikkialla missä esiintyy paikallisia lämpötila-gradientteja. Termosähköisten materiaalien hyötysuhde on kuitenkin vielä kannattamattomalla tasolla. Termosähköisten generaattorien hyödyntäminen globaalissa mittakaavassa tai puettavissa sovelluksissa asettaa vaatimuksia myös käytettävien raaka-aineiden suhteen. Nykyiset parhaat termosähköiset yhdisteet sisältävät mm. lyijyä, vismuttia ja telluriumia, jotka eivät myrkyl-lisyytensä ja suhteellisen harvinaisuutensa vuoksi sovellu kaikkiin ratkaisuihin. Materiaalien kehittäminen on usein kallis ja aikaa vievä prosessi. Materiaalien termosähköistä tehokkuutta voidaan kuitenkin arvioida laskennallisilla malleilla ja saaduilla tuloksilla voidaan mahdollisesti kohdentaa kokeellista tutkimusta.  Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin erityisesti d-metallioksidien ominaisuuksia ja laskentamenetelmien luotettavuutta, sillä puhtaiden tiheysfunktionaaliteorian menetelmien tiedetään kuvaavan kyseisiä materiaaleja huonosti. Pääpaino väitöskirjatutkimuksessa oli materiaalien hilalämmönjohtavuuden ennustustarkkuuden arvioinnissa. Tutkimuksissa hyödynnettiin ensimmäistä kertaa tiheysfunktionaaliteorian hybridifunktionaaleja hila-lämmönjohtavuuden laskennassa. Tulosten perusteella hybridifunktionaalit ovat merkittävästi tarkempia d-metallioksididen hilalämmönjohtavuuten laskentaan kuin laskennallisesti kevyemmät, gradienttiapproksimaatioon perustuvat funktionaalit. Tämän lisäksi työssä laskettiin ensimmäistä kertaa antiferromagneettisen yhdisteen hilalämmönjohtavuus hybridifunktionaaleilla ja tarkasteltiin symmetrian vaikutusta hilavärähtelyistä johtuvien ominaisuuksien laskennassa.  Hybridifunktionaalien havaittiin parantavan d-metallioksidien termosähköisten ominaisuuksien laskennan tarkkuutta aikaisempiin laskennallisiin tutkimuksiin verrattuna. Tutkimuksessa havaittiin yksinkertaisten, maankuoressa runsaasti esiintyvien d-metallioksidien olevan lupaavia yhdisteitä, joskin puhtaiden oksidien ominaisuudet eivät riitä, vaan näitä yhdisteitä täytyy vielä jatkojalostaa esimerkiksi seostamalla tai luomalla nanorakenteita.
Julkaisun otsikon käännösTarkempi d-metallioksidien termosähköisten ominaisuuksien ennustaminen tiheysfunktionaaliteorialla
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Karttunen, Antti, Valvoja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-60-8826-6
Sähköinen ISBN978-952-60-8827-3
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Tutkimusalat

  • d-metallioksidit
  • termosähköiset ominaisuudet
  • laskentamenetelmät
  • luotettavuus
  • hilalämmönjohtavuus
  • ennustetarkkuus
  • hybridifunktionaalit
  • tiheysfunktionaaliteoria

Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Tarkempi d-metallioksidien termosähköisten ominaisuuksien ennustaminen tiheysfunktionaaliteorialla'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä