吸附修飾型雙層石墨烯熱整流特性研究.pdf

1、信息化時代的到來，使得微光電子技術得到快速發(fā)展。由于器件的小型化和集成化，微光機電系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性和工況下的可靠性由熱量轉移效率來保證，微尺度納米材料優(yōu)異的熱傳導特性能夠幫助解決微納米器件的散熱問題。自石墨烯制備以來，因其優(yōu)秀的電學、機械、熱學等特性而受到廣泛關注，在熱能管理、熱電發(fā)電、微型傳感器等領域具有巨大的應用價值。在熱學方面，石墨烯的可裁剪特性為低維系統(tǒng)熱傳導機制的理論研究提供了真實模型，使得石墨烯成為構建不同的熱控制器件的理想載

2、體。通過對石墨烯熱傳導特性的計算機模擬，研究者們發(fā)現(xiàn)在非對稱結構的石墨烯中存在熱整流效應，石墨烯熱整流現(xiàn)象成為一個重要研究課題，熱整流元器件可以對熱量進行控制和管理，從而實現(xiàn)熱量的有效利用。表面吸附作為一種調控石墨烯聲子的手段，進而對石墨烯的熱特性進行調控，已引起理論研究方面越來越多的重視。本文通過分子動力學模擬方法研究雙層石墨烯納米帶，重點闡述了如何利用吸附修飾下的雙層石墨烯納米帶構建熱學基本元器件—熱整流器。主要工作如下:
　

3、　(1)構建了銅吸附雙層石墨烯納米帶不對稱結構，研究了扶手型雙層石墨烯納米帶在銅原子吸附濃度，吸附形狀以及模擬溫度下的熱導率及熱整流值的變化規(guī)律。研究表明:少量銅原子吸附，雙層石墨烯納米帶熱導率在增大，當Cu/C大于0.24％時，熱導率減小的很明顯。溫度的升高使得銅吸附雙層石墨烯納米帶熱導率逐漸減小，并且銅原子T形吸附雙層石墨烯納米帶熱導率整體大于銅原子Y形吸附雙層石墨烯納米帶熱導率。銅原子Y形吸附雙層石墨烯熱整流值隨著溫度的增加有減小

4、的趨勢，并且熱整流效果好于銅原子T形吸附雙層石墨烯納米帶。
　　(2)構建了氫原子吸附雙層石墨烯納米帶不對稱結構，研究了鋸齒型雙層石墨烯納米帶在氫原子附著率，模擬溫度下的熱導率及熱整流值的變化規(guī)律。研究表明:當氫原子垂直于熱流的方向吸附在雙層石墨烯表面時，熱導率值小于完美雙層石墨烯，在氫原子附著率為2.5％時，熱導率下降了60％。氫原子附著率為50％時，雙層石墨烯熱整流值隨著溫度的增加而逐漸減小。隨著氫原子附著率的變化，雙層石墨烯

5、熱整流值在50％附著率下達到最大值。
　　(3)構建了官能基吸附雙層石墨烯納米帶不對稱結構，研究了扶手型雙層石墨烯納米帶在不同的官能基，官能基附著率以及模擬溫度下熱導率及熱整流值的變化規(guī)律。研究表明:吸附官能基能夠有效地降低雙層石墨烯納米帶熱導率，隨著甲基附著率從0％增加到5％，雙層石墨烯熱導率值減小的很明顯，之后熱導率值減小的趨勢放緩。在相同模擬溫度下，甲基吸附雙層石墨烯的熱導率值大于苯環(huán)吸附雙層石墨烯，但苯環(huán)吸附下雙層石墨烯的