晶格素化
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
晶格素化的實例教程
目前，碲化鉍（Bi2Te3）基材料仍為唯一的可應用的熱電制冷材料，然而Te元素的地殼稀缺程度等同于白金（且光伏材料CdTe占據一半市場份額），再且 Bi2Te3及熱電制冷器件存在可加工性能差、制冷性能不足和運行功耗過高等問題，探索和開發新型熱電制冷材料及器件至關重要。
02
成果掠影
北京航空航天大學趙立東教授團隊提出了
“lattice plainification（晶格素化）”概念，通過降低硒化錫（SnSe）晶格中的空位濃度，大幅削弱了晶格缺陷對載流子的散射，實現了載流子遷移率的顯著提升。研究證明，Cu可以填充Sn空位以削弱缺陷散射并提高載流子遷移率，促進功率因數超過100 μW cm
-1K
-2，在 300至 773 K時平均ZT約為2.2。研究人員使用 p型 SnCu
0.001Se晶體與n型商業Bi
2Te
2.7Se
0.3耦合制造了七對熱電制冷裝置，制備的熱電器件在300 K溫差下實現了約12.2%單腿發電效率，環境溫度下七對珀耳帖的最大冷卻溫差ΔT
max達到~61.2 K 。該研究對于SnSe晶體在發電和熱電冷卻中的實際應用非常重要。研究成果以“Lattice plainification advances highly effective SnSe crystalline thermoelectrics”為題發表于《Science》。該研究工作是趙立東教授課題組自2015年以來發表的第 8篇 Science。
03
圖文導讀
圖1. 通過晶格平整策略在 SnSe 晶體中實現高性能發電和Peltier冷卻。
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隱式建模：擺脫傳統 CAD 的邊界表示限制，通過函數驅動、體素化生成，實現復雜晶格、多尺度結構的快速建模與優化迭代。
我們已實現：
減重40%的航空發動機支架（通過點陣結構與應力路徑優化）；
性能提升300%的熱交換器（基于流體仿真驅動的多孔結構設計）；
零裝配的一體化汽車懸架（借助 Altair Inspire 的制造約束算法）。
它支持基于正交網格的體素元素和切割單元元素，這些元素是通過沿CAD幾何切割體素元素而創建的。
scSTREAM中的正交網格生成和元素屬性確定機制與隱式表示概念具有很高的兼容性。通過利用scSTREAM中CFD網格化過程中通過nTop Core獲得的對象存在信息，可以在不使用STL的情況下生成CFD網格。進一步的優化可以實現高分辨率分析，同時保持快速的處理速度，即使網格數量變得非常大。
4.3 碳基填料
石墨烯（G）、石墨（GP）等一些碳的同素異形體及其衍生物在導熱方面具有獨特的優勢，室溫下塊狀石墨的熱導率為 151 W/(m·K)，一維碳納米管的熱導率可達 3000~3500 W/(m·K)，二維石墨烯的熱導率甚至達 5300 W/(m·K)。
來源：百度
4.5 導熱材料/熱界面材料
研究表明，室溫下石墨烯的熱導率（K）已超越塊體石墨（2000 W/(mK)）、碳納米管（3000~3500 W/(mK)）和鉆石等同素異形體的極限，達到5300 W/(mK)，遠超銀（429 W/(mK)）和銅（401 W/(mK)）等金屬材料。
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成果掠影
北京航空航天大學趙立東教授團隊提出了
“lattice plainification（晶格素化）”概念，通過降低硒化錫（SnSe）晶格中的空位濃度，大幅削弱了晶格缺陷對載流子的散射，實現了載流子遷移率的顯著提升。
對于非金屬晶體，提高材料導熱性能的關鍵在于增大聲子平均自由程(phonon mean free path)，減少由晶格振動引起的聲子散射，從而提高材料熱輸運效率。
盡管熱等靜壓燒結可獲得形狀復雜的致密SiC制品，并且制品具有較好的力學性能，但是HIP燒結必須對素坯進行包封，所以很難實現工業化生產。
反應燒結S iC又稱自結合SiC，是通過多孔坯件同氣相或液相發生化學反應,使坯件質量增加,孔隙減小,并燒結成具有一定強度和尺寸精度的成品的工藝。
故產生鐵磁性不僅僅在于元 素的原子磁矩是否高，而且還要考慮形成晶體時，原子之間相互鍵合的作用是否對形成鐵磁性有利。這是形成鐵磁性的第二個條件。
根據鍵合理論可知，原子相互接近形成分子時，電子云要相互重疊，電子要相互交換。對于過渡族金屬，原子的3d的狀態與s態能量相差不大，因此它 們的電子云也將重疊，引起s、d狀態電子的再分配。
由于晶體結構和層片配列的變化，可以衍生出品種繁多的同素異構體。所有的同素異構體，在晶體結構上都是以金剛石或石墨為基礎的。
1.1.1 金剛石
金剛石晶體屬等軸晶系，原子晶格為面心正立方，原子間距為0.154nm，是碳的同素異構體中原子排列最緊密的一種。
，滲碳體成球粒狀分布在鐵素 體基體上；滲碳體球粒大小，取決于球化退火工藝，特別是冷卻速度。
