低維系統(tǒng)中聲子弛豫過程與熱輸運關(guān)系研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、隨著微電子加工技術(shù)的進步,材料逐步走向納米尺度,從三維塊體材料到二維平面材料如石墨烯、石墨炔和黑磷等,再到一維材料碳納米管,以及零維納米晶材料量子點等。在研究這些材料的熱傳輸時,發(fā)現(xiàn)了與宏觀材料非常不一樣的輸運性質(zhì),如反常熱導效應、彈道輸運性質(zhì)以及熱整流效應。這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因目前尚未明確,是眾多研究者關(guān)注的熱點。同時這些特殊的性質(zhì)也具有極其豐富的應用,如將高熱導率的材料運用于微處理器中可以有效地解決其散熱問題,促使微處理器集成度進一步

2、提升。而耐熱的低熱導率材料可以制成有效地隔熱材料,保護長期工作于高溫高壓環(huán)境中的機器部件,延長其使用壽命,或用于建筑材料,有效隔熱。熱電效應實現(xiàn)了熱能與電能的相互轉(zhuǎn)化,有效地利用了能源,可以解決困擾全球的能源危機和環(huán)保問題。同時也可以運用熱整流效應生產(chǎn)熱流方向可控的熱器件,使量子計算機成為可能。
  所以希望通過對低維系統(tǒng)中的聲子弛豫過程和熱輸運關(guān)系研究,對低維材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有進一步的了解。分子動力學方法是傳統(tǒng)的熱傳導研究方法,

3、而LAMMPS是成熟的分子動力學模擬工具。
  宏觀材料中,熱傳導遵循Fourier定律,但在低維系統(tǒng)中,熱導率與系統(tǒng)尺度有一定的關(guān)系,稱這樣的現(xiàn)象為反常熱輸運。由經(jīng)驗可知材料中主要為非對稱相互作用,所以研究非對稱相互作用對反常熱導的影響是我們的第一部分工作。選用經(jīng)典Fermi-Pasta-Ulam模型,通過調(diào)控系數(shù)來改變非對稱相互作用強度,在Nose-Hoover Chains熱庫作用下達到平衡,來求得聲子壽命隨非對稱相互作用強

4、度的變化關(guān)系。結(jié)果表明非對稱相互作用強度越強,聲子壽命越短,且聲子頻率向低頻方向偏移。
  除了非對稱相互作用對熱導率的影響之外,發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的石墨炔的熱導率也存在差異。不同于石墨烯,石墨炔中鍵的種類更豐富,結(jié)構(gòu)更多變,所以猜測炔鍵會影響系統(tǒng)的熱導率。研究了五種不同結(jié)構(gòu)的石墨炔與石墨烯的熱導率,由結(jié)果可知隨著炔鍵比例的增長,熱導率出現(xiàn)衰減,這意味著可以通過調(diào)控炔鍵的比例來實現(xiàn)對熱導率的調(diào)控,具有重要意義。為了解釋這種現(xiàn)象形成的原因

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