好消息！新演算法尋找改善能量轉換的材料僅需幾個月

在最省油的汽車中，大約60 %的汽油總能量通過排氣管和散熱器損失掉。為了解決這一問題，研究人員正在開發能夠將熱能轉化為電能的新型熱電材料。這些半導體材料可以將轉化的電力再循環到車輛中，從而提高了5 %燃料效率。

目前的挑戰在於開發廢熱回收的熱電材料成本非常昂貴且耗時。由鉿和鋯(核反應堆中最常用的元素)的組合製成的材料，這種最先進的材料從最初發現到優化性能，用了15年時間。

現在哈佛大學John A. Paulson工程與應用科學學院( SEAS )的研究人員已經研發出一種新演算法，該演算法依賴於量子力學方程求解，無需任何實驗數據輸入，並可以在幾個月內發現和優化這些材料。

Boris Kozinsky最近被任命為海洋計算材料科學副教授，也是這篇論文的資深作者，他表示：「這些熱電系統非常複雜。半導體材料需要具有非常特殊的特性才能在這個系統中工作，包括高電導率、高熱電和低熱導率，具備這些性能才能將所有的熱量都轉化為電能。我們的目標是找到一種既能滿足熱電轉換的所有重要性能，同時又穩定、廉價的新材料。"

kozinsky與馬薩諸塞州劍橋市Robert Bosch研究與技術中心的研究工程師Georgy Samsonidze共同撰寫了該論文，兩位作者都開展了大量相關研究。

為了找到這種材料，研究小組開發了一種演算法，該演算法可以僅基於晶體中使用的化學元素來預測材料的電子輸運性質。現在問題的關鍵在於簡化電子-聲子散射的計算方法，並使其速度比現有演算法提高約1萬倍。

新方法和計算篩選結果發表在《先進能源材料》期刊上。

研究人員利用改進的演算法，篩選出許多可能的晶體結構，包括以前從未合成過的結構。Kozinsky和Samsonidze將這些候選材料縮減到只剩幾個有趣的材料。然後研究人員進行進一步的計算優化，並把性能最好的材料送到實驗小組進行試驗。

在早期的一項研究中，實驗者合成了這些計算中提出的最佳候選材料，然後發現了一種與以前熱電材料一樣高效、穩定、價格便宜10倍的材料。從初始篩選到實驗成功約 15個月。

Kozinsky說:「現在，我們用15個月時間計算和實驗優化了材料，完成了以前耗費15年的研究工作。真正令人興奮的是，我們可能還沒有完全理解簡化的程度。我們還可以使這種方法更快更便宜。」

Kozinsky稱，他希望改進新的方法，並使用它來探索更廣泛種類的新材料，如拓撲絕緣體的電子傳輸。

文章來自phy.org，原文題目為Algorithm take months, not years, to find material for improved energy conversion，由材料科技在線匯總整理。

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