Тема: МОДЕЛИРОВАНИЕ МОНОСЛОЯ СИЛИГРАФЕНА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРАХ

В связи с быстрым ростом промышленности в сфере электронных устройств весь мир задумался над энергетической составляющей приборов, ведь автономность и мобильность - одни из ключевых критериев в проектировании приспособлений, способных облегчить нашу с вами жизнь. Исходя из этих критериев, наука и стала развиваться в области аккумуляторов.
На данный момент литий-ионные батареи играют важнейшую роль во всех сферах жизни общества, связанных с устройствами, поэтому совершенствование энергосистем развивается именно в этом направлении. Перед учеными стоит первостепенная задача, а именно уменьшение объема аккумулятора без потери его ёмкости или с повышением последней, поэтому зоркий взгляд изобретателей пал на низкоразмерные структуры. Чем же они хороши?
Двумерные материалы, например, обладают высокой
электропроводностью и большой удельной поверхностью, позволяющей повысить энергетическую емкость материала, накапливая большее количество ионов Li при меньшем объеме системы. Подобных материалов в теории существует огромное множество. Это объясняется в том числе возможностью модификации поверхности, например, путем добавления атомов разных веществ в монослой материала и созданием дефектов, изменяющих свойства последнего.
Задачу ученых по синтезированию материала, способного удовлетворить требования современного мира в данной области, усложняет тот факт, что рассматриваемые структуры нужно синтезировать, а это довольно ресурсозатратно. Поэтому на помощь приходит компьютерное моделирование низкоразмерных структур, способное дать ответ на вопрос о рентабельности того или иного материала.
В данной работе будет рассматриваться монослой силиграфена SiC8, предсказанного на основе первопринципных расчетов. Данный материал


высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов.
Из-за наличия множества способов модификации структуры силиграфена, которые могут повлиять на сорбцию лития на этом монослое, а также из-за необходимости исследования широких диапазонов концентрации лития эффективным методом изучения нового материала будет компьютерное моделирование, позволяющее достаточно быстро и точно протестировать различные гипотезы, сокращая затраты на экспериментальное исследование материала.
Таким образом, целью данной выпускной квалификационной работы является получение реалистичной модели монослоя SiC8 и исследование его свойств в программном пакете SIESTA. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1. На основе литературного обзора изучить свойства чистого и декорированного литием монослоя SiC8.
2. На основе литобзора выбрать методы моделирования структуры.
3. На основе подготовительных расчетов определить оптимальные параметры моделирования, позволяющие получить достаточно точные результаты при низких затратах компьютерных ресурсов.
4. Оценить энергию связи лития с силиграфеном.
Купить

В литературном обзоре была рассмотрена история создания и модификации литий-ионных аккумуляторов, подробно обсуждался выбор материала ддля моделирования, а также рассматривались примеры чистых монослоев, оценивались их достоинств и недостатки. Были рассмотрены свойства силиграфена, подробно описаны методы моделирования низкоразмерных структур, выявлены оптимальные приближения для моделирования монослоя силиграфена. Была выбрана программа по моделированию монослоя. Были рассмотрены вариации базисного набора в программном пакете SIESTA.
Для моделирования был выбран монослой силиграфена, посчитаны его основные параметры для оптимизации структуры. Сам материал состоит из девяти атомов, имеет плоскую структуру. Монослой силиграфена моделировался в градиентном приближении с помощью метода атомноподобных орбиталей. Были осуществлены подсчеты полной энергии в рамках выбранной вычислительной схемы с точностью ~10 мэВ. Оптимальный параметр трансляции ячейки равен 5,26 А, что согласуется с предыдущими результатами исследования силиграфена.
Полученная модель силиграфена вместе с параметрами моделирования может быть использована при дальнейшем исследовании свойств как бездефектного, так и модифицированного монослоя SiCs, а также различных сорбционных процессов на этой структуре.
Полученная модель силиграфена вместе с параметрами моделирования может быть использована при дальнейшем исследовании свойств как бездефектного, так и модифицированного монослоя SiCs, а также различных сорбционных процессов на этой структуре.
Купить