低維材料熱輸運(yùn)特性的結(jié)構(gòu)調(diào)控.pdf

1、低維材料是一種在一個(gè)或多個(gè)維度上的尺寸達(dá)到納米量級(jí)的新興材料，能量在低維材料中的傳輸機(jī)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(dǎo)率不僅受溫度因素的影響，同時(shí)與材料自身的結(jié)構(gòu)形式及尺寸緊密相關(guān)。因此，掌握低維材料自身結(jié)構(gòu)對(duì)其宏觀熱輸運(yùn)特性的調(diào)控機(jī)制，不僅對(duì)指導(dǎo)低維材料的研發(fā)與應(yīng)用具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，而且對(duì)完善納米材料傳熱理論具有重要的學(xué)術(shù)意義。
　　本文采用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法分別模擬了不同結(jié)構(gòu)下硅納米線(xiàn)、石墨

2、烯和石墨炔三種低維材料的熱傳輸過(guò)程，研究了不同體缺陷結(jié)構(gòu)和堆垛結(jié)構(gòu)對(duì)低維材料熱傳輸特性（導(dǎo)熱率、聲子輸運(yùn)等）的調(diào)控機(jī)理，探討了缺陷位置、尺寸及孔隙率，堆垛層數(shù)與長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)低維材料熱傳輸特性的影響規(guī)律，得到以下主要結(jié)論:
　　(1)采用分子動(dòng)力學(xué)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(duì)硅納米線(xiàn)熱導(dǎo)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)孔隙率的增大將導(dǎo)致硅納米線(xiàn)熱導(dǎo)率的下降，并且相同孔隙率下體缺陷較表面缺陷對(duì)硅納米線(xiàn)熱導(dǎo)率的降低更為

3、明顯。這歸結(jié)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(dǎo)致硅納米線(xiàn)熱導(dǎo)率的下降，而硅納米線(xiàn)長(zhǎng)度的增加將導(dǎo)致其熱導(dǎo)率升高。
　　(2)采用分子動(dòng)力學(xué)理論中的加減能量法，對(duì)比研究了相同孔隙率下，規(guī)則缺陷及分形結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)石墨烯材料熱導(dǎo)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，相同孔隙率下分形結(jié)構(gòu)缺陷的石墨烯中熱流傳輸過(guò)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(dǎo)致相同孔隙率下分形結(jié)構(gòu)缺陷