石墨烯/黑磷异质结界面热导研究
发布时间：2022-01-05 09:39
黑磷作为二维材料中重要的一员因其优异的物理性质吸引了人们的广泛关注。然而单层黑磷在空气中容易与氧气等发生化学反应,这也限制了黑磷基电子器件的应用与发展。为解决这一问题,可以利用在空气中能够稳定存在的材料作为保护层将黑磷包裹起来。而石墨烯自身不仅具有优异的电学、力学、热学性质,并且还具有与黑磷互补的物理性质,因此被认为是最好的选择。然而由石墨烯与黑磷组成的二维材料异质结存在范德华作用界面,固有的晶格失配将导致较低的界面热导。而良好的界面热输运性质对于保证微纳米器件工作的稳定性与可靠性至关重要。因此需要对石墨烯/黑磷范德华异质结的界面热输运性质以及相应调控方法展开系统研究。本文通过分子动力学方法对这一问题展开研究。研究取得如下成果:（1）本文定量给出了能够维持石墨烯/黑磷异质结发生稳定热耗散的临界功率密度Pcr=0.28GW/m2及系统可承载的最大功率密度Pmax=6.52GW/m2,该结果可以为黑磷基纳米电子器件的设计提供理论依据。（2）完成了对石墨烯/黑磷异质结界面热导尺寸效应与温度效应的研究。其中...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
石墨烯组成的不同维度纳米材料(Geim,AKandNovoselov,KS2007)
图 1-2 石墨烯剪纸结构模型示意图Figure 1-2 The schematic model of graphene kirigami而随着微纳米加工技术的发展，剪纸技术已经被成功应用在石墨烯的裁剪、设计中(Blees, M K et al. 2015)。通过裁剪得到石墨烯剪纸结构（如图 1-2 所示）不但具有优异的可拉伸性能（~85%），还具备极低的具有鲁棒性的热导率，因此极有潜力应用在柔性电子器件与热电材料领域(Wei, N et al. 2016)。4
同时也是二维材料中重要的一员。自从 2014 年在实验中获得少数几层黑磷（几纳米厚）后(Li, L et al. 2014)，黑磷独特的物理性质就吸引了人们的广泛关注。由于黑磷独特的原子层结构，与石墨烯或其他金属硫化物相比，其电学、力学、热学等物理性质均呈现出更显著的手性依赖性，因此具有更为广阔的应用前景(Chen, J et al. 2016;Chen, J et al. 2017; Fei, R and Yang, L 2014; Rodin, A S et al. 2014)。本节也将着重对黑磷各向异性的物理性质进行介绍。1.3.1 黑磷的电学性质通过第一性从头算方法的研究结果表明单层悬浮黑磷是一种具有直接带隙（1.0eV在 Γ 点）的半导体材料。其带隙对于黑磷的层数变化十分敏感，随着黑磷的层数增加其带隙呈线性减小，直至 0.3eV（块体黑磷的带隙）。由此说明黑磷具有可调节的电学性能(Liu, H et al. 2014)。同时黑磷具有较高的载流子迁移率，最高可以达到~10000 cm2V-1S-1，并且具有很大的开/关电流比率(Li, L et al. 2014; Liu, H et al. 2014)。此外对于黑磷还存在各向异性的电学性质。实验中测得几层黑磷的最大漏极电流随着角度变化接近于正弦变化（如图 1-3（b）所示），其波谷值在 45 度及 225 度处，波峰值在 135 度及 315 度处(Liu,H et al. 2014)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]从二维材料到范德瓦尔斯异质结[J]. 於逸骏,张远波. 物理. 2017(04)
[2]微纳米电子器件散热过程中的物理问题[J]. 周俊,李保文. 物理. 2013(02)
本文编号：3570120
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
石墨烯组成的不同维度纳米材料(Geim,AKandNovoselov,KS2007)
图 1-2 石墨烯剪纸结构模型示意图Figure 1-2 The schematic model of graphene kirigami而随着微纳米加工技术的发展，剪纸技术已经被成功应用在石墨烯的裁剪、设计中(Blees, M K et al. 2015)。通过裁剪得到石墨烯剪纸结构（如图 1-2 所示）不但具有优异的可拉伸性能（~85%），还具备极低的具有鲁棒性的热导率，因此极有潜力应用在柔性电子器件与热电材料领域(Wei, N et al. 2016)。4
同时也是二维材料中重要的一员。自从 2014 年在实验中获得少数几层黑磷（几纳米厚）后(Li, L et al. 2014)，黑磷独特的物理性质就吸引了人们的广泛关注。由于黑磷独特的原子层结构，与石墨烯或其他金属硫化物相比，其电学、力学、热学等物理性质均呈现出更显著的手性依赖性，因此具有更为广阔的应用前景(Chen, J et al. 2016;Chen, J et al. 2017; Fei, R and Yang, L 2014; Rodin, A S et al. 2014)。本节也将着重对黑磷各向异性的物理性质进行介绍。1.3.1 黑磷的电学性质通过第一性从头算方法的研究结果表明单层悬浮黑磷是一种具有直接带隙（1.0eV在 Γ 点）的半导体材料。其带隙对于黑磷的层数变化十分敏感，随着黑磷的层数增加其带隙呈线性减小，直至 0.3eV（块体黑磷的带隙）。由此说明黑磷具有可调节的电学性能(Liu, H et al. 2014)。同时黑磷具有较高的载流子迁移率，最高可以达到~10000 cm2V-1S-1，并且具有很大的开/关电流比率(Li, L et al. 2014; Liu, H et al. 2014)。此外对于黑磷还存在各向异性的电学性质。实验中测得几层黑磷的最大漏极电流随着角度变化接近于正弦变化（如图 1-3（b）所示），其波谷值在 45 度及 225 度处，波峰值在 135 度及 315 度处(Liu,H et al. 2014)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]从二维材料到范德瓦尔斯异质结[J]. 於逸骏,张远波. 物理. 2017(04)
[2]微纳米电子器件散热过程中的物理问题[J]. 周俊,李保文. 物理. 2013(02)
本文编号：3570120
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