Etude des propriétés physiques des matériaux thermoélectriq calculs ab-initio ues

Abstract

Dans cette recherche nous avons étudié les caractéristiques structurales, élastiques, thermodynamiques, électroniques et thermoélectriques du composé de type Zintl K2BaCdSb2 en utilisant des méthodes ab initio. Les propriétés structurales, élastiques et thermodynamiques ont été calculées en utilisant l'approche des ondes planes pseudo-potentielles avec la fonctionnelle d'échange-corrélation GGA-PBEsol. Les paramètres structuraux d'équilibre calculés correspondent étroitement aux données disponibles. Les modules élastiques mono- et polycristallins du composé étudié ont été déterminés par la méthode contrainte-déformation. L'analyse de ces propriétés révèle que le matériau K2BaCdSb2 est mécaniquement stable, fragile et présente une anisotropie élastique prononcée. Le modèle quasi-harmonique de Debye a été utilisé pour étudier les caractéristiques thermodynamiques, notamment la température de Debye, le coefficient de dilatation thermique et la capacité thermique à volume constant, sur la plage de températures de 0 à 500 K. La conductivité thermique du réseau (κlat) de K2BaCdSb2 diminue sous l'effet de la température (T). Elle est égale à 0.58 Wm−1K−1 à une température intermédiaire de 500 K. La structure électronique de K2BaCdSb2 a été déterminée en utilisant la méthode des ondes planes augmentées linéarisées à plein potentiel) FP-L/APW+lo) avec le potentiel de Becke-Johnson modifié par Tran-Blaha. Les calculs de structure de bande TB-mBJ, y compris le couplage spin-orbite (SOC), révèlent que K2BaCdSb2 est un semi-conducteur avec une bande interdite directe (Γ-Γ) de 0.85 eV. L'analyse de liaison montre que la liaison entre les atomes de Cd et de Sb au sein du[CdSb_2 ]^(4-)polyanion est de nature covalente et celle entre l'atome K/Ba et le [CdSb_2 ]^(4-)polyanion est de caractère ionique. Enfin, les caractéristiques thermoélectriques du matériau K2BaCdSb2 Zintl ont été analysées en utilisant la théorie du transport semi-classique de Boltzmann incorporée dans BoltzTrap2 à une température de 500K pour des concentrations de porteurs de charge de 1.0 × 1018 à 3.0 × 1020 cm-3. Lorsque la concentration en trous est de 1.0 × 1020 cm-3, le facteur de puissance atteint une valeur de 17 × 1010 W .m-1. K-2. s-1. Pour le K2BaCdSb2 dopé p avec une concentration de 1.0 × 1018 cm-3, le facteur de mérite électronique (ZTel) est de 0.95. Ces résultats suggèrent que le matériau Zintl K2BaCdSb2 pourrait jouer un rôle important dans les applications thermoélectriques.