微尺度界面?zhèn)鳠岬哪M和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬、實(shí)驗(yàn)測量手段并結(jié)合理論分析，研究了能量沿著界面和垂直于界面的輸運(yùn)機(jī)理，取得如下研究成果:
　　采用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了界面粗糙度對(duì)單層和雙層薄膜導(dǎo)熱系數(shù)的影響。對(duì)于單層薄膜，表面粗糙度的引入可以大大增強(qiáng)聲子在邊界的漫反射，降低薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)。對(duì)于雙層薄膜，范德華界面粗糙度的引入會(huì)增強(qiáng)聲子在界面的散射，進(jìn)而強(qiáng)化了透射聲子在雙層薄膜熱傳導(dǎo)過程中的作用，使雙層薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)有機(jī)會(huì)高于單層薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)

2、。
　　基于分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究了碳管搭接方式、碳管層數(shù)、碳管軸向應(yīng)力以及碳納米管的空位缺陷和氫化對(duì)碳納米管之間接觸熱導(dǎo)的影響。模擬結(jié)果顯示碳管的搭接方式、碳管的層數(shù)以及碳管的軸向應(yīng)力對(duì)碳管之間的界面熱導(dǎo)有很大影響，特別是碳管之間的搭接方式可以使界面熱導(dǎo)有數(shù)十倍的變化。
　　采用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法，模擬計(jì)算了多層石墨烯之間和硅薄膜之間的界面熱導(dǎo)隨薄膜厚度增長的變化趨勢，比較了兩種薄膜材料接觸的界面熱導(dǎo)尺寸效應(yīng)。模擬結(jié)

3、果顯示，多層石墨烯之間的界面熱導(dǎo)在厚度方向有顯著的尺寸效應(yīng)，隨著厚度的增大，界面熱導(dǎo)顯著增大，而硅薄膜之間的界面熱導(dǎo)隨著厚度的增大沒有明顯變化。另外，根據(jù)聲子輻射理論，采用各向異性的Debye模型，定義了界面熱導(dǎo)尺寸效應(yīng)強(qiáng)度，并計(jì)算了尺寸效應(yīng)強(qiáng)度隨薄膜厚度增長的變化趨勢。計(jì)算結(jié)果顯示，各向異性材料的聲子聚焦效應(yīng)對(duì)薄膜間界面熱導(dǎo)的尺寸效應(yīng)有很大影響。
　　采用時(shí)域瞬態(tài)熱反射(time-domain thermoreflectance

4、，TDTR)測量平臺(tái)測得了Au/graphene/Au和Au/H-graphene/Au的界面熱導(dǎo)，測量結(jié)果顯示，石墨烯作氫化處理后，界面熱導(dǎo)減小為原來的～50％。此外，本文還借助分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，模擬結(jié)果顯示，在聲子傳輸方面，石墨烯的氫化效應(yīng)導(dǎo)致界面熱導(dǎo)降低的百分比不超過30％。模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異表明聲子以外的載流子對(duì)Au/graphene/Au界面熱導(dǎo)也有不和忽略的貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上本文采用TDTR方法測量