低維納米結(jié)構(gòu)中的熱輸運與熱電性質(zhì)研究.pdf

1、隨著新材料技術(shù)和納米技術(shù)的快速發(fā)展,器件尺度的納米化已成為了一個不可避免的趨勢。由于納米器件的尺寸效應(yīng),它們展現(xiàn)了新穎的物理性質(zhì)和非常廣泛的應(yīng)用前景。本論文通過運用Landauer輸運理論結(jié)合散射矩陣或者非平衡格林函數(shù)的計算方法,研究了低維納米結(jié)構(gòu)中(納米線、納米帶)的彈道聲子熱輸運以及熱電性質(zhì),獲得了一些有意義的結(jié)果。
　　首先,在彈性連續(xù)模型近似下,通過發(fā)展模匹配計算技術(shù),研究了柱形納米線中的彈道聲子輸運與熱導(dǎo)性質(zhì)。結(jié)果顯示聲

2、子輸運在低頻區(qū)呈現(xiàn)出周期性的輸運行為;然而對于大的入射頻率,由于激發(fā)的高階模對聲子輸運有了貢獻,輸運系數(shù)變得非常復(fù)雜。對于一些特定的入射頻率,聲學(xué)聲子模的共振透射和全反射行為能被觀察到。在溫度T→O的極限下,熱導(dǎo)趨向于普適的量子化值π2k2BT/3h,無關(guān)于納米腔的幾何結(jié)構(gòu)參量。然而隨著溫度的持續(xù)增加,熱導(dǎo)與溫度的關(guān)系展現(xiàn)了非單調(diào)性行為,且熱導(dǎo)敏感地依賴于納米腔結(jié)構(gòu)參量的變化。
　　接著,通過運用非平衡格林函數(shù)方法,研究了含缺陷結(jié)

3、構(gòu)(空位缺陷和SW缺陷)鋸齒形石墨納米帶中的聲子熱輸運性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)邊緣和局部缺陷的耦合效應(yīng)在決定熱輸運性質(zhì)中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)入射頻率比較小時,空位缺陷對聲子輸運性質(zhì)的影響要強于SW缺陷;然而當(dāng)頻率比較大時,情況剛好相反。在溫度T→O的極限下,所有的熱導(dǎo)趨向于普適的量子化值3κ0(κ0=π2k2BT/3h)。隨著溫度的持續(xù)增加,缺陷對石墨納米帶中熱輸運的影響表現(xiàn)出了從量子到經(jīng)典特性的顯著轉(zhuǎn)變。這些結(jié)果表明調(diào)制石墨納米帶的結(jié)構(gòu)缺陷和

4、帶寬能用來調(diào)控?zé)釋?dǎo)。
　　本文也通過運用非平衡格林函數(shù)方法,研究了T型石墨納米帶中的熱電性質(zhì)調(diào)控。結(jié)果顯示由于界面彈性散射,聲子輸運被強烈抑制;然而熱功率S被提高到數(shù)倍于理想值。這些行為導(dǎo)致了ZT因子的極大提高。而且適當(dāng)?shù)卣{(diào)整T型石墨納米帶的結(jié)構(gòu)和邊緣形狀,ZT因子的提高能變得更加明顯。這些結(jié)果表明調(diào)制T型石墨帶的幾何結(jié)構(gòu)也許能有效地改善石墨納米帶的熱電性能。
　　此外,研究了非對稱三端口石墨烯納米結(jié)中的非線性聲子輸運性質(zhì)。

5、結(jié)果顯示中間探針溫度Tc、展現(xiàn)出向上彎曲的拋物線行為。根據(jù)聲子的非線性,熱整流行為能夠通過分析和數(shù)值計算得到,且整流效率遠高于其他材料的整流效率。增加左右兩個端口間的非對稱度能明顯地提高熱整流效率。另外,中間端口不僅扮演著溫度探針的作用,也能夠有效地調(diào)整熱整流行為。這些結(jié)果表明非對稱三端口石墨烯納米結(jié)也許能用于設(shè)計彈道熱整流器。
　　最后,研究了硼氮納米帶中的彈道熱電性質(zhì)。結(jié)果顯示硼氮納米帶的電導(dǎo),電了熱導(dǎo)隨著化學(xué)勢階梯狀地增加,