VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)

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1、將前述計算得到的二階力常數矩陣,三階力常數矩陣文件分別命名為FORCE_CONSTANTS_2RD,FORCE_CONSTANTS_3RD。放于同一目錄中。

編寫CONTROL文件,其中CONTROL文件中的ngrid;scalebroad取值時,理論上都需要做收斂性測試。

VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖1

直接運行以下命令就能計算得到晶格熱導率。晶格熱導率的張量數據對應文件為BTE.kappa_tensor。

注意BTE.kappa_tensor文件中,每列對應的方向順序分別為XX,XY,XZ,YX,YY,YZ,ZX,ZY,ZZ.且最后一行為有效的收斂值,使用時只需要取最后一行。

對于二維材料,計算得到的晶格熱導率還需要做以下修正

二維材料的晶格熱導率=輸出文件結果*POSCAR 真空層方向總厚度/原子層厚度

原子層厚度=POSCAR 真空層方向相距最遠的兩個原子的范德華半徑之和+POSCAR 真空層方向相距最遠的兩個原子的距離。

2、電子熱導率的計算

目前有兩種方法計算電子熱導率,一種是使用BoltzTraP計算得到的電子熱導減去TσS2。

另一種方法是根據Wiedemann-Franz Law 有κe=LσT。其中L位洛倫茲常數。

VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖2

這兩種方法的計算結果都是可用的。但對于Wiedemann-Franz Law,洛倫茲常數通常都取經驗值或經驗公式計算,更準確的估算需要進一步探究。

給出兩種計算洛倫茲常數的方法:

  1. 通過費米積分來計算。
VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖3

(2)通過經驗公式

VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖4

具體方法請查閱相關文獻。

3、熱電優值ZT的計算

通過簡單的換算即可得到熱電優值:

VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖5

4、熱電值分析

ZT值是衡量熱電材料熱電性能的指標,它決定了在特定溫度下熱電材料能量轉化的最大效率。

VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖6

其中σ為電導率,κ為熱導率,S為塞貝克系數,T 為溫度。而熱導率κ又可寫為電子熱導與晶格熱導之和:

VASP結合vaspkit+ShengBTE計算熱電優值(二)的圖7

因此要計算ZT值,我們需要分別計算電導率σ,塞貝克系數S,電子熱導率κe,晶格熱導率κc。

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