聽學術報告不用出門 二維材料計算研討會（2019年1月-2月）

近年來，二維材料(例如石墨烯、黑磷等)因其獨特的光電性質和潛在應用前景獲得國內外科學家們的廣泛關注。目前二維層狀材料已成為材料科學，凝聚態物理以及化學領域研究最具活力的研究方向。為了加強國內外相關人士在二維材料計算領域的最新研究進展交流，材料人舉辦青材講壇二維材料計算專題線上研討會。研討會圍繞“二維材料計算”的主題，以高端學術交流為重點，針對當前二維材料計算在材料、物理、化學等前沿研究領域的新進展展開研討，促進學術交流和技術進步。

研討會主題

自2017年材料人開展材料計算解決方案以來，不少以實驗為主的同學、老師希望獲得材料計算的支持，但對于計算可以如何幫助實驗不甚清楚。為此，本次研討會設立2個議題，期望通過這兩個議題幫助二維實驗人才了解計算以及計算人才與計算人才、實驗人才與計算人才相互溝通。

第一個議題：計算模擬在二維材料研究中的新應用

第二個議題：二維材料計算模擬的新方法、新理論

研討會主辦

材料人網

學術之友公眾號

邀請嘉賓

本研討會誠邀二維材料計算人才前來作主題報告，分享科研成果、進展

本次專題研討會召集人為學術之友公眾號運營者唐剛博士。如有意愿在本次研討會上做報告，請先將報告標題、簡介、聯系方式（需包含微信號）發送至gangtang@outlook.com和tanjie@cailiaoren.com。本研討會對標線下學術研討會將支付一定的酬勞。

報告安排

報告一
標題：二維材料力學和聲子輸運的理論研究
時間：2019年1月20日10:00-11:00
嘉賓：高志斌博士于2013年獲山西師范大學學士學位，2018年獲同濟大學物理系博士學位。目前主要從事統計物理、計算物理與材料科學方面的研究。截止于2019年1月，共計發表學術SCI論文11篇，其中第一作者論文共7篇。相關工作發表在Nano Lett, ACS Nano, Adv. Funct. Mater, Phys. Rev. Appl, Phys. Rev. E, Nanoscale, ACS Appl. Mater. Interfaces等國際知名學術期刊上。
摘要：納米材料作為當今前沿科技的重要組成部分，引起了人們的廣泛關注。由于特殊的量子限域效應，低維系統表現出與對應三維材料完全不同的優異物理化學性質，如力學、電學、光學，以及熱學性質等。平面負泊松比材料作為上述功能材料成員的一份子，被廣泛應用于航天飛機上的葉輪、包裝材料、心臟搭橋手術、防彈護具裝備以及國防等重要領域。此外，優異的熱電性質（把熱轉化為電）不僅要求材料擁有很好的電輸運，同時還要求材料具有極低的熱導率。此次討論具體內容如下：
1.以三種新型二維氧化硅材料為載體，揭示其反常平面負泊松比力學性質。它們擁有和傳統三維塊體SiO2材料相似的熱學、動力學以及力學穩定性。這些新型材料的負泊松比數值是五角石墨烯的兩倍、硼烯的三倍。我們發現平面負泊松比的原因是由于特殊的晶格對稱性與Si-O四面體之間的耦合造成的(Z. Gao, et al., Nano Lett. 17, 772-777 (2017));
2.從簡單等腰三角形出發，構造二維力學美特材料，實現可調節平面泊松比(從負到正再到負)，并在孔狀石墨烯中實現類似的奇異力學性質(Z. Gao, et al., Phys. Rev. Appl, 10, 064039 (2018)).
3.塊體碲材料由于優異的電輸運和低熱導率性質已經成為很好的熱電材料。單層碲材料目前已經能夠在實驗室進行大規模生長和制備，這里主要討論其超低晶格熱導率。我們發現單層碲沿著armchair和zigzag兩個方向的常溫熱導率分別為2.16和4.08 W/mK，造成其超低熱導率的原因是：很軟的聲學聲子模式、極低的光學聲子模式以及光學聲子和聲學聲子間的強烈散射。最后，根據收集的數據表明，二維材料晶格熱導率正比于最高的聲學聲子頻率，同時也正比于最低的光學聲子模式頻率(Z. Gao et al., Nanoscale 10, 12997-13003 (2018))。此外，我們還研究了α-Te材料，它是比β-Te更加穩定的一個相結構。對于p型摻雜的α-Te，其最大的熱電優值為0.83(Z. Gao et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 40702–40709 (2018))。

報告二：
標題：IV族新型二維硒化物中超低熱導率的第一性原理研究
嘉賓：劉鵬飛
時間：2019年1月22日15：30-16：30
嘉賓簡介：博士于2012年獲河南大學學士學位，2017年獲中國科學院福建物質結構研究所博士學位。隨后在中國散裂中子源工作。目前主要從事固體功能材料聲子性質的第一性原理研究。截止于2019年1月，共計發表學術SCI論文40多篇，其中第一作者和通信作者論文共11篇。
摘要：熱電材料利用固體材料中的載流子和聲子的輸運以及它們的相互作用來實現熱能和電能的相互轉換，其效率主要由無量綱的熱電性能優值ZT決定，ZT = (S2σ/κ)T，S為Seebeck系數、σ為電導率、κ為熱導率。然而這幾個熱電性能參數之間相互耦合、此消彼長，因此熱電領域的關鍵科學問題在于如何平衡幾個參數之間的關系從而提高熱電優值ZT。2014年美國西北大學Kanatzidis, M. G.課題組利用一種廉價的常見材料SnSe獲得了高達2.6的ZT值，證實基于非諧振效應具有本征低熱導率篩選高性能熱電材料是一種有效的效途。
2017年，德國亞琛工業大學Richard Dronskowski課題組報道了一種新穎的具有Ge-Ge鍵的層狀化合物Ge4Se3Te [Angew. Chem. Inter. Edit. 56 10204 (2017)]，我們認為該材料中不尋常的Ge-Ge鍵會引起較強的非諧振效應從而具有本征低熱導率。通過第一性原理計算，我們詳細開展了該類二維硒化物材料的聲子輸運研究和深層次的晶格振動分析。我們發現此類二維硒化物材料表現出較低的聲子群速值，大的格林艾森常數，和較強的光-聲學聲子耦合效應。這些內在特性主要源于材料強的聲子非諧特性，同時這些特性也極大地抑制了材料的聲子傳輸行為，使其擁有超低的室溫熱導率。我們的研究揭示此類材料中獨特的聲子輸運機制，為其進一步的熱電應用提供了理論依據。相關工作發表在Phys. Rev. B, 2018, 98, 235426。

報告三：二維及二維異質結材料在鋰離子電池領域的理論研究
時間：2019年1月22日10點-11點
嘉賓：丁迎春副教授, 在職博士， 2007年獲四川師范大學凝聚態物理碩士學位。目前主要從事材料力學，熱力學方面的性質研究。主要研究熱電材料和Li離子等金屬電池材料的研究。截止于2019年1月，共計發表學術SCI論文60多篇，其中第一作者論文共23篇。 相關工作發表在JPCC, RAS ADV, CMS, JEM, PB, MP, CPB等學術期刊上。
摘要：隨著全球經濟及社會的發展，人們對于能源的需求及使用日益增長。環境污染和化石能源匱乏的問題日益顯著，為了人類的可持續發展。尋求開發新能源和可再生資源迫在眉睫。作為化學儲能裝置，鋰離子電池以比功率高、能量密度大、壽命長、自放電率低和貯藏時間長等優點，被廣泛應用于便攜式電子設備、航天、軍事裝備及電動交通工具。目前，鋰離子電池已逐步替代其他電池為主要的動力電池。
由于計算機的發展，計算能力得到不斷加強。基于第一性原理的計算不需要開展真實的實驗，極大地節省了實驗成本，現已被廣泛應用于鋰離子電池電極材料的嵌脫鋰機理探索、擴散能壘計算、結構穩定性、嵌鋰容量機理研究等方面，為鋰離子電池電極材料的制備和改性提供了有效的理論指導。
1.以幾種典型的2D材料為例，揭示幾種二維材料的吸附能力，飽和吸附能力、結構特性、工作電壓、擴散能壘和離子的遷移系數。
2.電池的熱傳輸是非常重要的因素，由于散熱不好，很容易發生安全事故。以異質結材料（C2N/Graphene）材料為例，考慮研究異質結材料在熱導率，電導率對電池工作的影響。計算發現由于石墨烯具有很強的傳熱能量和優異的電子傳輸特性，形成的異質結將有利于熱量的傳輸和電導率的加強。還進一步研究異質結材料的理論容量、鋰離子吸附點位，吸附離子后的差分電荷、擴散的遷移能壘和鋰離子的擴散系數及電池工作的開路電壓等等。（Improved Transport Properties and Novel Li Diffusion Dynamics in van der Waals C2N/Graphene Heterostructure as Anode Materials for Lithium Ion Battery: A First Principles Investigation, J. Phys. Chem. C, Just Accepted Manuscript， DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b11044）

報告四
標題：結構搜索在二維材料結構設計中的應用
時間：1月31日14：00
嘉賓：易文才博士于2013年獲天津師范大學大學學士學位，2018年獲吉林大學理論化學研究所博士學位。隨后在曲阜師范大學物理工程學院工作。目前主要從事固體功能材料性質的第一性原理研究和結構搜索算法的開發。截止于2019年1月，共計發表學術SCI論文17篇，其中第一作者論文共5篇。相關工作發表在J. Mater. Chem. A，J. Phys. Chem. Lett.，J. Mater. Chem. C等國際知名學術期刊上。并開發了qvasp程序用以輔助處理VASP的輸入和輸出文件。
摘要：結構搜索被廣泛應用于零維，二維，三維材料的結構設計，其對探索材料的微觀結構有重要意義。目前國內外比較知名的結構搜索軟件有CALYPSO、USPEX、AIRSS、IM2ODE和MUSE等，這些結構搜索軟件在超硬材料、超導材料、熱電材料、狄拉克材料和高能材料等方面獲得了巨大的成功。其基本思路是選定搜索對象，按照特定組分比例進行結構搜索，挖掘其中性能良好的材料結構，評估這些結構的穩定性及合成的可能性。從而達到驗證實現現象，預測新材料結構的目的。
本講座首先依據多年的結構搜索經驗（參考博士論文：基于結構搜索算法的二維材料結構設計及電子結構計算），為大家簡述和剖析結構搜索的算法中的秘密。同時，結合以下兩個實際應用案例來進行詳細說明：
1、二維硼材料是否具有狄拉克點，一直是近年來討論的一個熱點課題[Advances in Physics: X 1.3 (2016): 412-424]，我們利用二維結構搜索算法成功找到了真正類似石墨烯的六方二維硼同素異形體，且它具有狄拉克點[The Journal of Physical Chemistry Letters 8.12 (2017): 2647-2653]；
2、機器學習被廣泛應用于材料研究領域，描述符的尋找和確定是機器學習非常重要的環節，基于結構搜索，我們確定了孔隙度與二維材料(碳、硼)能量穩定性有顯著的關系[Journal of Materials Chemistry A 6.22 (2018) 10348-10353]，以期望這一規律能夠被廣泛運用于二維材料結構探索中。

其他報告正在安排中。了解研討會最新安排請加微信qingcaikefu，進入專屬微信群。

參會方式

本研討會所有報告均在材料人APP內進行直播，報告開始后可以在微信群內提問或在APP內留言提問交流。報告結束后材料人將回看視頻剪輯上線。

請在騰訊應用寶（各大應用商店也可）下載材料人APP，在APP內搜索“青材講壇之二維材料計算研討會”，即可進入。（目前材料人APP僅適用于安卓系統，IOS版正在開發中，敬請期待……）

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微信群交流

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關于青材講壇

青材講壇是材料人學術委員會組織的線上學術交流活動，主題為材料、化學、工程相關學術、技術研討。每期邀請一位嘉賓介紹自己的工作，并提供討論環節。目前已經進行了十期。本系列為青材講壇系列專題研討會。