石墨烯及其复合材料热学特性研究
发布时间：2021-11-22 22:36
石墨烯及其复合材料凭借着优越的导热性能日益成为微纳米尺度散热领域研究的重点。但是石墨烯的导热理论还处于发展中,石墨烯与金属材料的耦合机制目前也需要进一步研究。这些在基本理论方面不足的缺陷限制了石墨烯及其复合材料的优化与应用。论文中使用分子动力学方法对石墨烯及石墨烯-铜薄膜复合材料进行模拟,尝试探究其热导率的影响因素并做一些定性分析从而得到影响的规律。首先是探究真空中石墨烯材料热导率的影响因素,这主要涉及两种方法,即平衡态分子动力学（EMD）以及非平衡态分子动力学（NEMD）。通过使用两种方法对温度、尺寸、层数等因素对石墨烯材料的热导率的影响进行了探索并对结果进行比较。在100K到500K之间,石墨烯模型的热导率与温度呈现负相关,而且从100K到500K,石墨烯的热导率下降了超过45%。这主要是由于温度升高,导致分子运动加剧,从而声子散射增加,热导率降低。其次是石墨烯模型的热导率与材料尺寸呈现正相关。在10nm-800nm之间,热导率随着模型的尺寸的变大而变大。在使用EMD时,长度为738?的石墨烯的热导率是长度为147.6?的石墨烯热导率的1.20倍;而使用NEMD时,这个数值变为2....
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 石墨烯材料热学性能研究的现状
1.3 不同尺度材料热导率的研究方法
1.4 本文中的工作挑战以及主要内容
第二章 研究材料热导率的方法及模型
2.1 分子动力学方法
2.1.1 分子动力学方法及其分类
2.1.2 分子动力学中的一些重要概念
2.1.3 热导率的计算方法分类
2.2 分子动力学方法中的物理模型的建立
2.2.1 分子动力学中的建模软件
2.2.2 单层石墨烯模型
2.2.3 分子动力学模拟软件
第三章 石墨烯热导率的分子动力学模拟
3.1 石墨烯材料热导率模拟计算
3.1.1 平衡态分子动力学模拟
3.1.2 非平衡态分子动力学模拟
3.2 温度对石墨烯热导率的影响
3.2.1 平衡态分子动力学模拟
3.2.2 非平衡态分子动力学模拟
3.3 尺寸对石墨烯热导率的影响
3.3.1 平衡态分子动力学模拟
3.3.2 非平衡态分子动力学模拟
3.4 石墨烯层数对热导率的影响
3.4.1 平衡态分子动力学模拟
3.4.2 非平衡态分子动力学模拟
3.5 本章小结
第四章 气体环境中的石墨烯热导率的分子动力学模拟
4.1 模型的建立以及非平衡态分子动力学方法模拟
4.2 压强对气体环境中的石墨烯热导率的影响
4.3 本章小结
第五章 石墨烯复合材料分子动力学模拟
5.1 石墨烯复合材料建模
5.2 石墨烯复合材料热导率的模拟
5.3 温度对石墨烯复合材料热导率的影响
5.4 尺寸对石墨烯复合材料热导率的影响
5.5 铜的层数对石墨烯复合材料热导率的影响
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]热导率的平衡分子动力学模拟中的热流计算[J]. 叶振强,曹炳阳,李元伟. 计算物理. 2015(02)
[2]石墨烯热学性能及表征技术[J]. 白树林,赵云红. 力学进展. 2014(00)
[3]硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟[J]. 惠治鑫,贺鹏飞,戴瑛,吴艾辉. 物理学报. 2014(07)
[4]基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法[J]. 郑伯昱,董慧龙,陈非凡. 物理学报. 2014(07)
[5]同位素掺杂对石墨烯热传导的影响[J]. 宋亮,张勇. 新疆师范大学学报(自然科学版). 2012(02)
[6]石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟[J]. 魏志勇,毕可东,陈云飞. 东南大学学报(自然科学版). 2010(02)
[7]碳纳米管的热导率:从弹道到扩散输运[J]. 侯泉文,曹炳阳,过增元. 物理学报. 2009(11)
[8]分子动力学中势函数研究[J]. 陈强,曹红红,黄海波. 天津理工学院学报. 2004(02)
[9]涨落耗散定理概述[J]. 殴阳容百. 物理学进展. 1986(03)
博士论文
[1]微电子器件界面结构传热与力学行为多尺度研究[D]. 张立强.江苏大学 2012
[2]薄膜热导率的测试与分子动力学模拟研究[D]. 黄正兴.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]基于石墨烯/铜复合材料的散热薄膜导热性能研究[D]. 姜辉.南京航空航天大学 2017
[2]基于分子动力学的石墨烯/铜复合材料机械特性研究[D]. 段科.华中科技大学 2016
[3]低维纳米结构导热性质的分子动力学模拟与实验研究[D]. 李元伟.清华大学 2012
[4]低维系统热输运的分子动力学模拟[D]. 汪晓明.扬州大学 2012
[5]膨胀石墨基复合相变材料电子芯片控温散热器的性能研究[D]. 孙滔.华南理工大学 2011
[6]石墨烯二维纳米结构的物性模拟[D]. 刘东.电子科技大学 2011
本文编号：3512569
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 石墨烯材料热学性能研究的现状
1.3 不同尺度材料热导率的研究方法
1.4 本文中的工作挑战以及主要内容
第二章 研究材料热导率的方法及模型
2.1 分子动力学方法
2.1.1 分子动力学方法及其分类
2.1.2 分子动力学中的一些重要概念
2.1.3 热导率的计算方法分类
2.2 分子动力学方法中的物理模型的建立
2.2.1 分子动力学中的建模软件
2.2.2 单层石墨烯模型
2.2.3 分子动力学模拟软件
第三章 石墨烯热导率的分子动力学模拟
3.1 石墨烯材料热导率模拟计算
3.1.1 平衡态分子动力学模拟
3.1.2 非平衡态分子动力学模拟
3.2 温度对石墨烯热导率的影响
3.2.1 平衡态分子动力学模拟
3.2.2 非平衡态分子动力学模拟
3.3 尺寸对石墨烯热导率的影响
3.3.1 平衡态分子动力学模拟
3.3.2 非平衡态分子动力学模拟
3.4 石墨烯层数对热导率的影响
3.4.1 平衡态分子动力学模拟
3.4.2 非平衡态分子动力学模拟
3.5 本章小结
第四章 气体环境中的石墨烯热导率的分子动力学模拟
4.1 模型的建立以及非平衡态分子动力学方法模拟
4.2 压强对气体环境中的石墨烯热导率的影响
4.3 本章小结
第五章 石墨烯复合材料分子动力学模拟
5.1 石墨烯复合材料建模
5.2 石墨烯复合材料热导率的模拟
5.3 温度对石墨烯复合材料热导率的影响
5.4 尺寸对石墨烯复合材料热导率的影响
5.5 铜的层数对石墨烯复合材料热导率的影响
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 本文的工作总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]热导率的平衡分子动力学模拟中的热流计算[J]. 叶振强,曹炳阳,李元伟. 计算物理. 2015(02)
[2]石墨烯热学性能及表征技术[J]. 白树林,赵云红. 力学进展. 2014(00)
[3]硅功能化石墨烯热导率的分子动力学模拟[J]. 惠治鑫,贺鹏飞,戴瑛,吴艾辉. 物理学报. 2014(07)
[4]基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法[J]. 郑伯昱,董慧龙,陈非凡. 物理学报. 2014(07)
[5]同位素掺杂对石墨烯热传导的影响[J]. 宋亮,张勇. 新疆师范大学学报(自然科学版). 2012(02)
[6]石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟[J]. 魏志勇,毕可东,陈云飞. 东南大学学报(自然科学版). 2010(02)
[7]碳纳米管的热导率:从弹道到扩散输运[J]. 侯泉文,曹炳阳,过增元. 物理学报. 2009(11)
[8]分子动力学中势函数研究[J]. 陈强,曹红红,黄海波. 天津理工学院学报. 2004(02)
[9]涨落耗散定理概述[J]. 殴阳容百. 物理学进展. 1986(03)
博士论文
[1]微电子器件界面结构传热与力学行为多尺度研究[D]. 张立强.江苏大学 2012
[2]薄膜热导率的测试与分子动力学模拟研究[D]. 黄正兴.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]基于石墨烯/铜复合材料的散热薄膜导热性能研究[D]. 姜辉.南京航空航天大学 2017
[2]基于分子动力学的石墨烯/铜复合材料机械特性研究[D]. 段科.华中科技大学 2016
[3]低维纳米结构导热性质的分子动力学模拟与实验研究[D]. 李元伟.清华大学 2012
[4]低维系统热输运的分子动力学模拟[D]. 汪晓明.扬州大学 2012
[5]膨胀石墨基复合相变材料电子芯片控温散热器的性能研究[D]. 孙滔.华南理工大学 2011
[6]石墨烯二维纳米结构的物性模拟[D]. 刘东.电子科技大学 2011
本文编号：3512569
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