碳纳米管热输运性质机理研究

发布时间：2017-07-08 14:28

  本文关键词：碳纳米管热输运性质机理研究

  更多相关文章： 非平衡分子动力学 碳纳米管 热导率 掺杂 热输运

【摘要】：随着纳米技术的快速发展,低维碳纳米管作为顶尖材料呈现出了很多优良的特性因此受到了大量的关注。碳纳米管有良好的热学性能,所以是作为纳米晶体管,纳米热整流器等器件的最有潜力材料。本论文运用非平衡分子动力学方法研究了碳纳米管的声子输运性能,得到了一些重要结果。首先,我们研究了多壁碳纳米管热输运性质中存在的竞争机制。结果表明,多壁碳纳米管的热导率比对应其最外层的单壁碳纳米管的热导率要小,因为多壁碳纳米管的横截面积增加的程度比热导增加的程度大,这是由横截面积和热导的竞争关系决定的。同时,非常有趣的是发现了弯曲变形对热导的影响比壁间范德瓦尔斯相互作用对热导的影响大,导致多壁碳纳米管的热导比单壁碳纳米管的热导要大很多。最后,四壁碳纳米管的热导率比三壁碳纳米管的热导率大,更要比双壁碳纳米管的热导率大,这是因为外管在热流分布中占主导地位。简言之,多壁碳纳米管的热输运性质并不是由单个变量控制的,而是由这些变量的竞争关系共同决定的。这些结论对选择多壁碳纳米管作为高效热导体纳米电子设备很有益。接着,运用非平衡分子动力学方法,我们研究了单壁碳纳米管(10,10)在没有掺杂和掺入杂质情况下热输运性质的不同,以及掺入杂质的方式、掺入杂质的浓度对热量传输过程的影响。结果表明同一温度下在单壁碳纳米管(10,10)掺入杂质浓度相同时,随机掺杂比一侧掺杂的热导率要大。随着硅掺杂浓度的增大,两种掺杂方式对应的热导率越来越接近。这是因为随着掺杂浓度的增大,掺杂方式对热导率的影响比掺杂浓度对热导率的影响要小。另外,单壁碳纳米管(10,10)的热导率在受掺杂浓度和温度共同影响时,温度对热导率的影响并没有掺杂浓度对热导率的影响大。最后,当我们进行随机掺入杂质时,单壁碳纳米管(10,10)在杂质区的振动步调会有明显的不协调,从而对热量的传输有阻碍作用。但是随着掺杂浓增大到3%时,杂质区越来越多,其整体振幅反而更有规律,这是因为杂质的振动模式占了主导地位。
【关键词】：非平衡分子动力学 碳纳米管 热导率 掺杂 热输运
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 低维纳米体系热输运的基本理论和方法12-16
• 1.2.1 玻尔兹曼输运方法12-14
• 1.2.2 非平衡格林函数方法14-16
• 1.3 碳纳米管的结构特性、优秀性质和制备方法16-21
• 1.3.1 碳纳米管的结构特性16-18
• 1.3.2 碳纳米管的优秀性质18-20
• 1.3.3 碳纳米管的制备方法20-21
• 1.4 碳纳米管的研究进展21-22
• 1.4.1 实验研究进展21
• 1.4.2 理论研究进展21-22
• 1.5 本文的研究内容22-23
• 第2章 理论基础与计算方法23-28
• 2.1 分子动力学方法模拟方法23-27
• 2.1.1 平衡分子动力学方法23-24
• 2.1.2 非平衡分子动力学方法24-27
• 2.2 分子动力学模拟软件LAMMPS简介27-28
• 第3章 多壁碳纳米管中热输运性质的竞争机制28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 模拟模型和计算方法29-30
• 3.3 结果和讨论30-35
• 3.4 结论35-36
• 第4章 单壁碳纳米管中掺硅的热输运研究36-45
• 4.1 引言36-37
• 4.2 模拟模型和计算方法37
• 4.3 结果和讨论37-44
• 4.4 结论44-45
• 结论与展望45-46
• 参考文献46-54
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录54-55
• 致谢55

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 任玉芳;吕晓毅;;Sm_2Ti O_5、Sm_2 Ti_2 O_7输运性质的研究[J];分子科学学报;1985年01期

2 杨传路;Ar-O_2混合气体输运性质的量子力学研究[J];四川轻化工学院学报;1997年01期

3 彭增伟;刘保亭;魏大勇;马继奎;王宽冒;李曼;赵光;;光照对BiFe_(0.95)Mn_(0.05)O_3薄膜铁电和输运性质的影响[J];人工晶体学报;2011年02期

4 车裕禄,李莉萍,李广社,吕U，

本文编号：534992