基于第一性原理的金属导热性能研究

基于第一性原理提出了一种纯金属热导率的高效计算方法。引入常弛豫时间近似,应用密度泛函理论(DFT)与最大局域化Wannier函数(MLWFs)方法求解金属材料的电子热导率,简化了电子热导率的计算流程;在计算声子热导率时,将Birch-Murnaghan状态方程与Debye模型引入Slack方程,提高了声子热导率的计算效率。采用本方法计算了Al、Mg、Zn 3种材料在300~700 K温度范围内的电导率和热导率,计算值与实测值吻合良好,验证了计算方法的准确性。结果表明,材料的电子和声子的结构是影响热导率的关键因素,在金属材料的导热过程中,电子始终发挥着主要的输运作用,并且随着温度的升高,电子热导率占总热导率的比率也逐渐上升。