低維材料熱輸運特性的結構調控.pdf

1、低維材料是一種在一個或多個維度上的尺寸達到納米量級的新興材料，能量在低維材料中的傳輸機理與宏觀體材料相比存在著明顯區(qū)別。研究表明，低維材料的熱導率不僅受溫度因素的影響，同時與材料自身的結構形式及尺寸緊密相關。因此，掌握低維材料自身結構對其宏觀熱輸運特性的調控機制，不僅對指導低維材料的研發(fā)與應用具有重要的工程應用價值，而且對完善納米材料傳熱理論具有重要的學術意義。
　　本文采用非平衡態(tài)分子動力學方法分別模擬了不同結構下硅納米線、石墨

2、烯和石墨炔三種低維材料的熱傳輸過程，研究了不同體缺陷結構和堆垛結構對低維材料熱傳輸特性（導熱率、聲子輸運等）的調控機理，探討了缺陷位置、尺寸及孔隙率，堆垛層數(shù)與長度等結構特征參數(shù)對低維材料熱傳輸特性的影響規(guī)律，得到以下主要結論:
　　(1)采用分子動力學理論中的速度交換法，模擬研究了缺陷尺寸及其空間位置對硅納米線熱導率的影響。研究發(fā)現(xiàn)孔隙率的增大將導致硅納米線熱導率的下降，并且相同孔隙率下體缺陷較表面缺陷對硅納米線熱導率的降低更為

3、明顯。這歸結于材料中原子聲子態(tài)密度峰值的低頻遷移及其聲子參與度的下降。此外，研究還表明系統(tǒng)溫度的升高將導致硅納米線熱導率的下降，而硅納米線長度的增加將導致其熱導率升高。
　　(2)采用分子動力學理論中的加減能量法，對比研究了相同孔隙率下，規(guī)則缺陷及分形結構缺陷對石墨烯材料熱導率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相同孔隙率下分形結構缺陷的石墨烯中熱流傳輸過程的聲子態(tài)密度主峰的低頻遷移更為明顯，聲子參與度下降更為明顯，從而導致相同孔隙率下分形結構缺陷