高端制造業(yè)水平是衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志，而材料是制約高端制造業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。溫州市政府近年重點(diǎn)建設(shè)新興產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)域包括數(shù)字經(jīng)濟(jì)、智能裝備、生命健康制造、新能源及節(jié)能以及新材料領(lǐng)域。對(duì)于這些新興產(chǎn)業(yè)的培育，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)新材料是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為加速材料研發(fā)進(jìn)程，2011年美國(guó)奧巴馬政府提出“材料基因組計(jì)劃”，投巨資建設(shè)材料研發(fā)平臺(tái)，歐洲科學(xué)基金會(huì)隨后推出20多億歐元的Accelerated metallurgy計(jì)劃，旨在跟上美國(guó)的步伐。以高通量實(shí)驗(yàn)、高通量計(jì)算和人工智能大數(shù)據(jù)分析為特點(diǎn)的材料基因計(jì)劃研究正如火如荼開(kāi)展，在許多材料領(lǐng)域已經(jīng)展現(xiàn)出驚人優(yōu)勢(shì)。

“溫州熱電”第一性原理計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)主頁(yè)

熱電材料是一類(lèi)能實(shí)現(xiàn)電能和熱能相互轉(zhuǎn)換的功能材料，它在廢熱發(fā)電、光熱發(fā)電、小型化或特殊工況致冷等方面有很好的應(yīng)用前景，且在航空航天和國(guó)防領(lǐng)域有不可替代的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。材料科學(xué)第四范式需以巨量數(shù)據(jù)產(chǎn)生和處理能力為支撐，因而獲取巨量材料數(shù)據(jù)已成為“材料基因組計(jì)劃”的關(guān)鍵，將之用于新型熱電材料研發(fā)有望加速其應(yīng)用進(jìn)程。目前世界三大材料數(shù)據(jù)庫(kù)Materials Project，AFLOW和OQMD有若干通用物理量的數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)和電子能帶，但熱電材料由于其特殊性，材料電、熱輸運(yùn)性質(zhì)計(jì)算比較復(fù)雜，計(jì)算量較大，這些數(shù)據(jù)庫(kù)都未涉及材料熱電輸運(yùn)性質(zhì)。

本著“研究真問(wèn)題，真研究問(wèn)題”的新時(shí)代科研精神，在目前經(jīng)費(fèi)與條件極其有限的情況下，溫州大學(xué)邵和助課題組圍繞熱電優(yōu)值的ZT(=S²σT/κ)表達(dá)式搭建了一個(gè)高通量計(jì)算框架，構(gòu)建了一個(gè)基于第一性原理計(jì)算的熱電材料數(shù)據(jù)庫(kù)，還為其搭建了一個(gè)搜索網(wǎng)頁(yè)：https://hezhu2024.github.io，向?qū)W術(shù)界和工業(yè)界免費(fèi)公開(kāi)。

該工作得到溫州市基礎(chǔ)性工業(yè)科研項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱(chēng)：基于材料基因組方法的高性能熱電材料開(kāi)發(fā)，項(xiàng)目號(hào)G20210016，項(xiàng)目起止時(shí)間2022.1至2024年.12）的支持，另外溫州大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院也為課題組在計(jì)算服務(wù)器（目前建有10個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)）搭建上提供了大力支持，因而該材料數(shù)據(jù)庫(kù)命名為“溫州熱電”（Wenzhou TE）。

下一步，若條件許可課題組將會(huì)分階段提升數(shù)據(jù)庫(kù)中計(jì)算材料數(shù)據(jù)的可靠性，包括以下幾個(gè)方面：對(duì)于材料熱輸運(yùn)，將計(jì)算考慮三聲子散射的熱導(dǎo)率；當(dāng)前能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算方面，都是采用PBE方法，下一步將用雜化泛函方法去計(jì)算材料電子結(jié)構(gòu)；對(duì)于電子壽命的計(jì)算，下一步將考慮電聲耦合效應(yīng)下的載流子壽命計(jì)算；這些改進(jìn)都需要耗費(fèi)大量的計(jì)算資源。另外我們將計(jì)算更多之前比較難處理的材料體系。

上述工作近期以“Wenzhou TE: A First-Principle-Calculated Thermoelectric Materials Database”為題發(fā)表于開(kāi)源期刊Materials (2024, 17, 2200, DOI：10.3390/ma17102200)，供讀者免費(fèi)獲取。溫州大學(xué)邵和助為通訊作者，文章第一作者為課題組研究生方盈。