石墨烯和六方氮化硼界面热特性的研究

发布时间：2020-12-20 01:39

　　低维纳米材料因量子限域效应具有众多令人瞩目的优异性能。其中,单层的二维材料不仅利于化学修饰和电子传递,而且具有柔性和透明度高的特点,有望在下一代微纳电子器件中发挥重要作用,是目前国际材料科学研究的前沿焦点。纳米尺度的热调控是这些器件设计中非常关键的环节,高的热导率和低的界面热阻有助于解决微纳器件的散热难题。本文选取了二维材料家族的典型代表石墨烯和六方氮化硼作为研究对象,对其本征的导热性能以及由其所构成的多种纳米尺度界面的热性能进行了深入的理论计算和实验测试研究。为了确保理论计算的方法及其模型选取的合理性,以及计算程序的适用性和可靠性,对已有诸多文献报道的石墨烯、六方氮化硼、碳纳米管和氮化硼纳米管本征材料的热导率进行了计算验证。对于宽度为2.5 nm的扶手椅型石墨烯和氮化硼纳米带以及（10,0）碳纳米管和氮化硼纳米管,当其长度无穷大时的室温热导率分别为1316 Wm-1K-1、526 Wm-1K-1、901 Wm-1K-1和369 Wm-1K-1;在温度范围为100-1200 K,由于声子间散射的加剧热导率随着温度的升高而减小,并且在低温时,氮化硼纳米结构的热导率高于与之对应的碳结构,而... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１不同二维纳米材料形成的（ａ）范德华和（ｂ）平面异质结构??Ｆｉｇ．?１．１?（ａ）?ＶｄＷ?ａｎｄ?（ｂ）?ｉｎ－ｐｌａｎｅ?ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｖａｒｉｏｕｓ?２Ｄ?ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ??

图１．２碳纳米管场效应晶体管的结构示意图［６１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ＣＮＴ?ＦＥＴ??例如，如图１．２所示，北京大学邱晨光课题组［６１］制备出的５?ｎｍ栅长的高性能碳纳??米管晶体管，采用了石墨烯作为该晶体管的源漏接触，不仅提高了器件的运行速度，降??低了工作电压，还有效地抑制了短沟道效应。研宄表明，该器件开关转换仅有约１个电??－２?－??

过ＭＥＭＳ工艺制备用于悬空和测试低维材料的微型器件，该微器件由两个相邻的悬空??岛状结构组成，岛状结构分别用低应力的８丨！＾基体支撑，在每个岛上都加工有铂金膜??的螺旋结构，分别用作加热器和温度传感器，微器件的加工过程如图１．８所示。??（ａ）?轉？?《ｂ）?（ｃ）??ＳｉＮｘ、?＇Ｊ?Ｐｔ／Ｃｒ＾；?．?；?｜?Ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔｓ??／?ｗ：ｊｖ／?＾Ａ＃｜／??（ｄ）?（ｅ）?（ｆ）??图１．８用于热桥法实验测量的微器件的制造工艺［７５］??Ｆｉｇ．?１．８?Ｔｈｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅ?ｆｏｒ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ?ｂｙ??ｔｈｅｒｍａｌ?ｂｒｉｄｇｅ?ｍｅｔｈｏｄ??－ｌｉ?－??

【参考文献】：
期刊论文
[1]Heat transport in low-dimensional materials: A review and perspective[J]. Zhiping Xu.  Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2016(03)
[2]关于微尺度理论[J]. 唐祯安,王立鼎.  光学精密工程. 2001(06)



本文编号：2926958