中文摘要：

通过将计算材料科学发展与无机复合能量转换材料研究相结合，申请者尝试在原子分子层次理解能源材料的能量转换机制及其晶体结构基础，界面结构及其与性能关系，界面结构演化规律及其与复合材料微结构关系。近年来，结合第一原理计算与热力学方法，发现了三维笼状结构热电化合物微观设计的若干指导原则，特别是新型填充CoSb3化合物存在的选择规则，预测并合成了一些高性能热电化合物如碱金属填充CoSb3；为开展复合材料微结构设计，通过将原子化学势这一热力学概念引入界面计算而发展了复杂界面结构的原子级理论研究的基本方法，并建立了计算化学势与可测热力学参数间的定量关系，完善了界面原子级热力学理论。近5年发表SCI文章35篇，他引360余次，国际会议邀请报告20余次。本项目将继续开展热-电与光-电能量转换的微观机制研究，热电与光电转换材料的晶体结构设计、界面与复合结构的多尺度设计，探索高性能能源材料，并发展计算材料科学。

结论摘要：

计算材料科学的发展为新材料探索和材料设计提供了理论基础，本项目通过将计算材料科学发展与无机复合能量转换材料研究相结合，在原子分子层次理解能源材料的能量转换机制及其晶体结构基础，界面结构及其与性能关系，界面结构演化规律及其与复合材料微结构关系。结合第一原理与热力学方法，解决了多原子填充系统的填充与结构调控规律，结合玻尔兹曼输运方程，理解了电输运/热输运的微观机制、调控机制、以及性能调控方法，提出了高性能方钴矿热电材料的设计原理，得到了高ZT的多填充方钴矿热电材料。通过“声子玻璃-电子晶体”概念，理解同一化合物中强弱化学键存在对热电输运性能的影响，探索并设计合成新型类金刚石化合物，取得优异性能。第一原理热力学方法应用于复杂界面、复合热电材料和其他功能化合物如超硬化合物的结构预测，提出可以用统一的理论模型去描述不同成分的金属/氧化物界面的分离功和结合强度的大小。该项目通过计算科学方法，建立能量转换材料与性能关系的理论研究方法，对探索新材料和材料设计具有重要的科学意义。项目期间发表SCI 文章及论著32篇，国际会议邀请报告10 余次。主办或协办国际会议4次，申请专利4项，项目成员在项目执行期间先后承担973、国家自然科学重点基金等多项国家重要科研项目；项目负责人入选国际热电学会执行理事，2010年入选国家百千万人才工程。