Condutividade térmica de compostos XTe (X=Cd,Pb) nanoestruturados a partir de simulações computacionais
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Data
2018-11-28Primeiro membro da banca
Calegari, Eleonir João
Segundo membro da banca
Anversa, Jonas
Terceiro membro da banca
Rossato, Jussane
Quarto membro da banca
Dorneles, Lucio Strazzabosco
Metadata
Mostrar registro completoResumo
Este trabalho estuda o coeficiente de condutividade térmica κ de sistemas nanoestruturados bidimensionais
de telureto de cádmio (CdTe) e telureto de chumbo (PbTe). Estes sistemas em fase
cristalina e temperatura ambiente, apresentam valores do coeficiente κ muito abaixo do cristal de
silício. Baixos valores de κ são requisitos para apresentar uma alta eficiência termoelétrica, quantificada
pela figura de mérito, que é inversamente proporcional à condutividade térmica do sistema.
Em contrapartida, materiais com altos valores de condutividade térmica são visados principalmente
na indústria eletrônica. Em comparação ao bulk, sistemas nanoestruturados geralmente apresentam
um valor mais baixo de κ e, desse modo, apresentam potencial para alcançar maior eficiência
termoelétrica. Dessa forma, o conhecimento deste coeficiente, assim como seu comportamento,
são de extrema importância para uma correta aplicabilidade do material. Aqui é realizado o cálculo
da condutividade térmica a partir de simulações computacionais, utilizando-se duas abordagens
distintas. Muito utilizado na literatura por descrever corretamente o valor de κ de sistemas bulk e alguns
sistemas nanoestruturados, o método de Green-Kubo, implementando no código LAMMPS foi
utilizado em primeiro momento. As simulações de dinâmica molecular foram realizadas com potenciais
de interação obtidos da literatura. Estas simulações forneceram um valor de 2, 81 W/mK para
o cristal de PbTe à temperatura de 300 K, valor este em concordância com a literatura. Nanofolhas
com espessura variando de uma a três camadas de átomos foram estudadas, com a monocamada
apresentando valor em torno de 50% menor que do bulk de PbTe, enquanto que para os demais
sistemas, os valores se assemelham ao do bulk de PbTe. Os valores encontrados para bulk de
CdTe se distanciam dos valores experimentais e teóricos encontrados por outras metodologias.
Este efeito pode estar relacionado ao potencial de interação utilizado não possuir uma parametrização
adequada à essa propriedade e nem cargas parciais nos elementos do sistema. Devido a
estes resultados, simulações de primeiros princípios fazendo uso da DFT são realizadas para o
estudo dos sistemas. À temperatura ambiente, é calculado o valor de 2, 06 W/mK para o cristal de
PbTe, enquanto que, para a monocamada e bicamada são encontrados os valores de 0, 44 e 0, 53
W/mK, respectivamente. Os sistemas de CdTe obtiveram resultados em torno de 3, 37 para o cristal
e 0, 15 W/mK para a nanofolha. Com isso, temos que as nanoestruturas bidimensionais estudadas
apresentam reduções significativas em sua condutividade térmica, sugerindo potencial aplicação
termoelétrica.
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