dc.creator | Lorenset, Guilherme Aluizio Steffens | |
dc.date.accessioned | 2024-02-08T14:07:34Z | |
dc.date.available | 2024-02-08T14:07:34Z | |
dc.date.issued | 2018-11-28 | |
dc.identifier.uri | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/31429 | |
dc.description.abstract | In this work we study the thermal conductivity coefficient κ of bidimensional nanostructured systems
of cadmium telluride (CdTe) and lead telluride (PbTe). At room temperature and bulk phase, these
compounds present values of κ coefficient lower than the silicon bulk. Low values of lattice thermal
conductivity are a requirement to present a high thermoelectric efficiency, that is quantified by the
figure of merit, which is inversely proportional to the system thermal conductivity. In contrast, materials
with high values of thermal conductivity are targeted in the electronics industry, mainly like
heat sinks. When compared to bulk, the nanostructures generally present a lower thermal conductivity
value and thereby they have a potential to reach higher thermoelectric efficiency. Hence, the
knowledge of this coefficient, as well as its behavior, is of extreme importance for the correct applicability
of the material. In thiw work, two different computational simulations approaches are used
to computed the thermal conductivity. Initially, molecular dynamics simulations using the LAMMPS
code and the Green-Kubo method are used. This method is widely used in the literature by correctly
describing the κ value of bulk and nanostructured systems. The interaction potentials to simulate
these systems are found in the literature. At 300 K we found a value of 2, 81 W/mK to the PbTe
bulk, in agreement with the literature. The nanostructured systems of PbTe studied are composed
of bidimensional nanosheets with thickness ranging from one layer to three layers of atoms. For one
atom thickness of PbTe nanosheet, we found a lattice thermal conductivity about 50% lower than
the bulk PbTe, but with the increase of the number of layers in the system, the thermal conductivity
coefficient follow the bulk result. The CdTe bulk present far values from the experimental and
theoretical studies, found by other methodologies This can be related with the absence of correct
parametrization to this property and partial charges in the interatomic potential used. Due these
results, first principles simulations with DFT are performed to study the systems. At room temperature,
is calculated to the PbTe crystal a value of 2, 06 W/mK, while to the monolayer and bilayer
are found values of 0, 44 and 0, 53 W/mK respectively. To CdTe systems we got values around 3, 37
and 0, 15 W/mK, to the bulk and nanosheet respectively. Thereby, we have that the bidimensional
nanostructures studied have significant reduction in their thermal conductivity, suggesting potential
thermoelectric applications. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES | por |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq | por |
dc.language | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de Santa Maria | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
dc.subject | Condutividade térmica | por |
dc.subject | Dinâmica molecular | por |
dc.subject | DFT | por |
dc.subject | Nanoestruturas | por |
dc.subject | Thermal conductivity | eng |
dc.subject | Molecular dynamics | eng |
dc.subject | Nanostructures | eng |
dc.title | Condutividade térmica de compostos XTe (X=Cd,Pb) nanoestruturados a partir de simulações computacionais | por |
dc.title.alternative | Thermal conductivity of XTe (X=Cd,Pb) compounds nanostructured from computational simulations | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.description.resumo | 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. | por |
dc.contributor.advisor1 | Silva, Leandro Barros da | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/2500664315353832 | por |
dc.contributor.referee1 | Calegari, Eleonir João | |
dc.contributor.referee2 | Anversa, Jonas | |
dc.contributor.referee3 | Rossato, Jussane | |
dc.contributor.referee4 | Dorneles, Lucio Strazzabosco | |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/3790732254165866 | por |
dc.publisher.country | Brasil | por |
dc.publisher.department | Física | por |
dc.publisher.initials | UFSM | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Física | por |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA | por |
dc.publisher.unidade | Centro de Ciências Naturais e Exatas | por |