随机硅–锗超晶格高通量筛选和热导率优化

低维热电材料往往可以通过降低声子热导率实现其热电性能的提升。由两种材料交替生长获得的超晶格薄膜较单一材料薄膜具有更低的热导率,通过改变材料的厚度排布,随机排列的非周期性超晶格甚至可以实现更低的热导率。本文基于非平衡分子动力学模拟计算了硅和锗薄膜热导率和非对称界面热阻,构建了随机硅–锗超晶格热导率的数值拟合等效介质模型。引入邻间因子和修正函数后,获得了可以更为准确预测随机排列硅–锗超晶格热导率的修正等效介质模型。将此模型与遗传算法相结合,可以对大量随机超晶格结构进行高通量筛选,实现了热导率的快速优化。结果表明,即使总厚度大的超晶格最低热导率仍能维持在1.4～1.8 W·m^-1·K^-1,平均周期厚度稳定在2.0～2.5 nm。     

Mg/Al/Ti改性钙基热化学储能材料及原子作用机制

基于CaO/CaCO₃循环的钙基热化学储能体系在循环过程中由于CaO晶粒的烧结导致储能性能下降严重。本文基于改进的溶胶凝胶法制备了复合改性钙基材料，以MgCl₂为主要掺杂剂，并结合钛酸四丁酯或Al(NO₃)₃共同作用提高材料在100次循环中的稳定性。复合改性材料在100次循环中的平均转化率为0.634，对应平均储能密度高达1132 k J·kg^-1。此外，DFT计算表明，掺杂相与CaO的键合力强于CaO本身的键合力，抑制CaO原子扩散进而发挥抗烧结作用，且复合材料对CO₂的吸收能力也有所提高。     

MgCO3/MgO热化学储热的碳酸化反应动力学机理研究

MgCO₃/MgO热化学储热过程中，MgO碳酸化反应经碱金属硝酸盐催化后的转化率由2%提升至60%以上，然而，其反应机理仍然存在争议。本文采用分子动力学的研究方法，通过模拟MNO₃-MgO-C_O2在发生化学反应前的三相界面现象，提出了熔融碱金属硝酸盐的催化作用机制：熔融MNO₃与固体MgO相互作用产生晶格畸变，削弱了Mg-O键结合，有助于其化学键的断裂，空位缺陷处形成活性位点，易于吸附CO₂分子使其与O^2-结合，在三相接触区域吸收了大量CO₂分子。其次，提出了MgO晶格点阵偏离平衡态程度、空位浓度、活性位点分布、三相界面润湿性分别与载能体碳酸化反应动力学性能间的构效关系，进一步讨论了控制储放热材料宏观性能的方法，为后续应用中制备高性能复合热化学储热材料提供指导原则。