单层AlN类石墨烯材料热力学性质随温度的变化研究
发布时间：2021-11-11 20:36
考虑原子振动的非简谐效应,搭建了固体物理模型,研究了氧化铝（AlN）类石墨烯材料的热膨胀系数、格林乃森参量和弹性模量等热力学性质随温度的变化规律.结果表明:①简谐近似下, AlN类石墨烯材料不发生热膨胀,它的线膨胀系数为零,格林乃森参量和弹性模量均为常量,这些结果与实际不符,因此必须考虑非简谐效应;②考虑非简谐效应后, AlN类石墨烯材料的格林乃森参量、线膨胀系数和弹性模量均随温度的升高而非线性增大,变化范围分别为:0.547～0.630,8.57×10-5～3.60×10-3 K-1和58.54～500.00 N/m,且温度愈高,非简谐效应愈显著;③AlN类石墨烯材料的线膨胀系数和弹性模量在数值上虽与AlN块状晶体不同,但它们随温度的变化规律相似.
【文章来源】：西南师范大学学报(自然科学版). 2020,45(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
AlN类石墨烯材料的结构示意图
将图2和ε0,ε1,ε2等数据代入(11)式, 可求得AlN类石墨烯材料的线膨胀系数随温度的变化(图3), 图3中的虚线、 实线和点线分别表示只考虑简谐近似, 考虑简谐近似和第一非简谐项, 同时考虑到简谐近似和第一、 二非简谐项的结果.图3 AlN类石墨烯材料的线膨胀系数随温度的变化
图2 AlN的格林乃森参量γG随温度的变化由图3看出, 在简谐近似下, AlN类石墨烯材料的热膨胀系数为零; 若只计及第一非简谐项, 则热膨胀系数为常数8.57×10-5 K-1; 同时考虑到第一、 第二非简谐项, 则热膨胀系数随温度升高而非线性增大, 变化范围在8.57×10-5～3.6×10-3 K-1之间. 这表明, 热膨胀系数随温度变化主要由原子振动的第二阶非简谐项造成. 相反地, 简谐效应和第一非简谐效应的影响几乎为零. 非简谐项对热膨胀系数的影响随着温度升高而增大, 即温度愈高, 非简谐效应愈显著. 另外, 特别值得注意两点是: ①AlN类石墨烯材料虽与石墨烯具有相似的二维平面六角格子结构(图1), 但各格点上的原子不同, 导致它们的物理性能存在明显差异. 例如: 石墨烯热膨胀系数为负值-5. 41×10-6K-1, 而AlN类石墨烯材料的线膨胀系数为正. ②热力学性能随维度不同也存在明显差异. 例如, T=500 K时, 第一性原理计算的六角AlN块体(三维晶体)热膨胀系数约为1.901×10-5K-1[24], 明显小于本文中AlN类石墨烯材料(二维晶体)热膨胀系数2.995×10-4K-1.
【参考文献】：
期刊论文
[1]非简谐振动对Fe1-xCoxSi合金热力学性质的影响[J]. 明庭尧,申凤娟,唐海艳. 西南大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]石墨薄膜电阻开关特性的研究[J]. 李小平,梁丹丹,吴建洪,贾湘江,陈鹏. 西南师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响[J]. 高一文,周虹君. 西南师范大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]外延石墨烯电导率和费米速度随温度变化规律研究[J]. 杜一帅,康维,郑瑞伦. 物理学报. 2017(01)
[5]石墨烯基碱金属离子态密度变化规律研究[J]. 申凤娟,唐可. 西南师范大学学报(自然科学版). 2016(07)
[6]氮化铝热膨胀系数及高温弹性系数的第一性原理研究[J]. 阴知见,邵天骄,温斌. 燕山大学学报. 2013(01)
本文编号：3489488
【文章来源】：西南师范大学学报(自然科学版). 2020,45(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
AlN类石墨烯材料的结构示意图
将图2和ε0,ε1,ε2等数据代入(11)式, 可求得AlN类石墨烯材料的线膨胀系数随温度的变化(图3), 图3中的虚线、 实线和点线分别表示只考虑简谐近似, 考虑简谐近似和第一非简谐项, 同时考虑到简谐近似和第一、 二非简谐项的结果.图3 AlN类石墨烯材料的线膨胀系数随温度的变化
图2 AlN的格林乃森参量γG随温度的变化由图3看出, 在简谐近似下, AlN类石墨烯材料的热膨胀系数为零; 若只计及第一非简谐项, 则热膨胀系数为常数8.57×10-5 K-1; 同时考虑到第一、 第二非简谐项, 则热膨胀系数随温度升高而非线性增大, 变化范围在8.57×10-5～3.6×10-3 K-1之间. 这表明, 热膨胀系数随温度变化主要由原子振动的第二阶非简谐项造成. 相反地, 简谐效应和第一非简谐效应的影响几乎为零. 非简谐项对热膨胀系数的影响随着温度升高而增大, 即温度愈高, 非简谐效应愈显著. 另外, 特别值得注意两点是: ①AlN类石墨烯材料虽与石墨烯具有相似的二维平面六角格子结构(图1), 但各格点上的原子不同, 导致它们的物理性能存在明显差异. 例如: 石墨烯热膨胀系数为负值-5. 41×10-6K-1, 而AlN类石墨烯材料的线膨胀系数为正. ②热力学性能随维度不同也存在明显差异. 例如, T=500 K时, 第一性原理计算的六角AlN块体(三维晶体)热膨胀系数约为1.901×10-5K-1[24], 明显小于本文中AlN类石墨烯材料(二维晶体)热膨胀系数2.995×10-4K-1.
【参考文献】：
期刊论文
[1]非简谐振动对Fe1-xCoxSi合金热力学性质的影响[J]. 明庭尧,申凤娟,唐海艳. 西南大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]石墨薄膜电阻开关特性的研究[J]. 李小平,梁丹丹,吴建洪,贾湘江,陈鹏. 西南师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[3]吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响[J]. 高一文,周虹君. 西南师范大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]外延石墨烯电导率和费米速度随温度变化规律研究[J]. 杜一帅,康维,郑瑞伦. 物理学报. 2017(01)
[5]石墨烯基碱金属离子态密度变化规律研究[J]. 申凤娟,唐可. 西南师范大学学报(自然科学版). 2016(07)
[6]氮化铝热膨胀系数及高温弹性系数的第一性原理研究[J]. 阴知见,邵天骄,温斌. 燕山大学学报. 2013(01)
本文编号：3489488
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