An interpretable formula for lattice thermal conductivity of crystals

材料科学 热导率 格子(音乐) 凝聚态物理 热的 结晶学 热力学 复合材料 物理 声学 化学
作者
Xiaoying Wang,Guoyu Shu,Guimei Zhu,Jian‐Sheng Wang,Jun Sun,Xiangdong Ding,Bao‐Wen Li,Zhibin Gao
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier BV]
卷期号:48: 101549-101549
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2024.101549
摘要

Lattice thermal conductivity (kL) is a crucial physical property of crystals with applications in thermal management, such as heat dissipation, insulation, and thermoelectric energy conversion. However, accurately and rapidly determining kL poses a considerable challenge. In this study, we introduce an formula that achieves high precision (mean relative error=8.97%) and provides fast predictions, taking less than one minute, for kL across a wide range of inorganic binary and ternary materials. Our interpretable, dimensionally aligned and physical grounded formula forecasts kL values for 4,601 binary and 6,995 ternary materials in the Materials Project database. Notably, we predict undiscovered high kL values for AlBN2 (kL=101 W/ m/ K) and the undetectedlow kL Cs2Se (kL=0.98 W/ m/ K) at room temperature. This method for determining kL streamlines the traditionally time-consuming process associated with complex phonon physics. It provides insights into microscopic heat transport and facilitates the design and screening of materials with targeted and extreme kL values through the application of phonon engineering. Our findings offer opportunities for controlling and optimizing macroscopic transport properties of materials by engineering their bulk modulus, shear modulus, and Gruneisen parameter.
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