碳基超晶格结构中热输运性质的研究
发布时间：2020-04-09 21:52
【摘要】：超晶格结构是一种能够改变材料的能带结构和其他物理性质的新型结构,其对材料热输运性质的调节已经引起了众多研究者的研究兴趣。当前的研究对超晶格中声子相干效应的观测仍然是一个巨大的挑战,而碳纳米管和金刚石作为两种热导率极高的碳基材料,同时在室温下又具有较长的声子平均自由程,这些特征使得它们成为研究声子相干效应的理想材料。因此,本文使用经典分子动力学模拟方法研究了碳纳米管超晶格和金刚石超晶格纳米线的热输运性质。研究结果表明,热流自关联函数显示在室温下碳纳米管超晶格中有明显的声子相干共振效应,而分析声子振动模式参与率发现,相同SW缺陷浓度下碳纳米管超晶格的声子振动模式参与率更高,这是由于碳纳米管超晶格中周期分布的SW缺陷导致的声子相干共振效应使一部分声子能够隧穿通过SW缺陷。为了研究超晶格结构界面对声子相干效应的影响,我们对比计算了金刚石超晶格纳米线和硅锗超晶格纳米线的热导率。计算结果表明,在周期长度为25 A时,金刚石超晶格纳米线和硅锗超晶格纳米线的热导率随周期数有相同的递增趋势,在这两种超晶格的界面处并没有观测到声子局域化效应,说明界面效应没有破坏相干声子输运机制。当周期长度为103 A时,金刚石超晶格纳米线的热导率随周期数持续增长,在界面处也没有观测到明显的声子局域化效应,相干输运机制仍然占据主导地位,但是硅锗超晶格纳米线的热导率收敛为一个固定值,并且在界面处观测到了明显的声子局域化效应,表明界面散射破坏了硅锗超晶格纳米线中的声子相干输运机制,非相干输运机制占据主导地位。我们的研究有助于人们更好地理解超晶格中的声子相干效应,更好地运用超晶格来调控材料的热导率。
【图文】：
同时还具备了极好的热电性能。所以，探究碳基超晶格材料的热输运性质是逡逑我们当前一个热门话题。逡逑１．１碳基材料简介逡逑碳元素作为一种＾■见的元素，，是构成各种有机物乃至生物体的基本元素。由逡逑于碳原子核的最外层只有４个电子，处于不饱和状态，所以碳的化合价大多数为逡逑４价，使得碳原子既难以失去自身的电子，同T 又难以完全夺取其他元素的电子，逡逑这就造成碳原子之间以及碳与其他元素之间都是以共价键结合。碳原子以其专有逡逑的杂化方式（ｓｐ、ｓｐ２、ｓｐ３）和丰富的成键方式（单键、双键、三键）构成了丰富多彩逡逑的碳基材料，同时碳元素也因其丰富的同素异构体成为了元素周期表中最独特的逡逑一种元素，它可以构成零维、一维、二维以及三维四种不同维数的同素异构体［３］。逡逑碳的同素异构体组成的碳基材料主要包括：金刚石、石墨、Ｃ６Ｇ、碳纳米管、石逡逑墨烯等。图卜１显示了部分碳基材料。近年来，随着研[傉叨蕴蓟牧涎衃偟牟诲义隙仙钊耄⑾痔蓟牧细鞣矫娴男阅芗椋簦苛己茫蟮胤岣惶寄殉牧系模保蓖尽ｅ义
本文编号：2621308
【图文】：
同时还具备了极好的热电性能。所以，探究碳基超晶格材料的热输运性质是逡逑我们当前一个热门话题。逡逑１．１碳基材料简介逡逑碳元素作为一种＾■见的元素，，是构成各种有机物乃至生物体的基本元素。由逡逑于碳原子核的最外层只有４个电子，处于不饱和状态，所以碳的化合价大多数为逡逑４价，使得碳原子既难以失去自身的电子，同T 又难以完全夺取其他元素的电子，逡逑这就造成碳原子之间以及碳与其他元素之间都是以共价键结合。碳原子以其专有逡逑的杂化方式（ｓｐ、ｓｐ２、ｓｐ３）和丰富的成键方式（单键、双键、三键）构成了丰富多彩逡逑的碳基材料，同时碳元素也因其丰富的同素异构体成为了元素周期表中最独特的逡逑一种元素，它可以构成零维、一维、二维以及三维四种不同维数的同素异构体［３］。逡逑碳的同素异构体组成的碳基材料主要包括：金刚石、石墨、Ｃ６Ｇ、碳纳米管、石逡逑墨烯等。图卜１显示了部分碳基材料。近年来，随着研[傉叨蕴蓟牧涎衃偟牟诲义隙仙钊耄⑾痔蓟牧细鞣矫娴男阅芗椋簦苛己茫蟮胤岣惶寄殉牧系模保蓖尽ｅ义
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