纳晶材料基于卡皮查热阻的热输运行为研究

发布时间：2020-06-08 01:29

【摘要】：由于特殊的热电传输性能,纳米材料在微电子器件和热电转换领域备受人们青睐。研究发现纳米材料与传统的粗晶材料相比具有很多不同的热输运性质,现在已经成为科研学者的研究热点。例如,当晶粒尺寸降低到纳米量级,材料导热性能会随晶粒尺寸的变化而发生变化。晶体缺陷,掺杂等使载热子散射增强,进一步降低热导率,使导热性能恶化。由于纳米材料结构的复杂性,现在纳米材料的导热研究尚处于初步阶段。为进一步研究纳晶材料的热输运性能,本文将以金属Ni为对象进行研究。首先利用高压固相烧结的方式对原始的纳晶镍粉末进行烧结,制备出平均尺寸分布于30-50nm之间的样品。随后对样品进行物相表征,包括X射线衍射,电镜扫描,密度测量与热扩散率的测量。发现随着烧结温度的升高,晶体的平均尺寸也随之增大。我们将其归结于烧结温度的升高使热力梯度增大,导致晶界被拆分并重组。为研究纳米晶金属材料的热输运性能,我们以纳晶Ni为研究对象,提出了一种由有序晶相的晶粒内部和塑性较软的晶界影响区相组成的两相复合模型。分别考虑了晶粒内部和晶界影响区对热传导的影响。在这项工作中我们引入了卡皮查热阻理论,通过时间独立的薛定谔波动方程(TISWE)并基于纯数学模型,研究载体通过晶界影响区的热输运行为,计算得到晶界影响区的热导率;基于动力学理论计算得到晶粒内部的热导率。通过改进的复合材料热导率计算模型,推导出了整个纳晶颗粒的有效热导率,并且与实验结果一致。结果表明,随着晶粒尺寸减小到50nm,纳晶镍的热导率具有很强的尺寸效应,且尺寸效应随着晶粒尺寸的减小而增大。这对纳晶材料热导率的调控具有重要意义。
【图文】：

集成电路

图 1-4 热电效应示意图列掺杂了纳米尺度 Sb 的 Mg2Si1 xSnx-热浓度、态密度、有效质量与功率因子都生明显的变化。由于能带结构和纳米尺寸i1 xSnx-热电材料在温度达到 740K 时 ZT
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;TG146.15

【参考文献】

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本文编号：2702311