單壁碳納米管分子結(jié)導(dǎo)熱特性研究.pdf

1、碳納米管(CNTS)及其分子結(jié)是碳納米管電子元件及宏觀體材料的基本構(gòu)建模塊。單個的碳納米管具有超強的導(dǎo)熱性能,因此近年來關(guān)于碳納米管及其宏觀體材料導(dǎo)熱性能的研究得到了廣泛的關(guān)注。目前碳納米管宏觀體材料的導(dǎo)熱性能的研究表明其并未具有單個碳納米管具有的超強導(dǎo)熱性能,而碳納米管間通過C-C共價鍵形成的分子結(jié)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能的微觀機理尚待進一步地深入研究。碳納米管分子結(jié)的導(dǎo)熱性能研究是碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱性能研究不可缺少的基礎(chǔ)工作,同時

2、對于從微觀機理上分析碳納米管宏觀體材料的導(dǎo)熱性能也具有重要意義。
　　本文針對單壁碳納米管X型分子結(jié)的導(dǎo)熱性能進行了研究,主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)對端固定-緩沖區(qū)方式的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率非平衡分子動力學(xué)(NEMD)模擬方法進行了研究,通過聲子態(tài)密度與熱導(dǎo)率計算,將其與非端固定模型的單壁碳納米管熱導(dǎo)率 NEMD模擬方法進行了比較。結(jié)果表明,采用端固定-緩沖區(qū)方式的單壁碳納米管熱導(dǎo)率計算模型的結(jié)果與采用周期性邊界的非端固

3、定模型的單壁碳納米管熱導(dǎo)率計算模型更為接近。同時針對單壁碳納米管的熱導(dǎo)率計算的量子修正方法進行了探討。
　　(2)采用NEMD模擬方法計算了非正交擴展X型分子結(jié)(EX型分子結(jié))的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)不同于標(biāo)準(zhǔn)的X型分子結(jié),含有EX型分子結(jié)的單壁碳納米管的軸向溫度分布會出現(xiàn)兩次跳躍,并導(dǎo)致其熱導(dǎo)率比含有標(biāo)準(zhǔn)的X型分子結(jié)的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率下降得更多。量子修正結(jié)果表明單壁碳納米管X型分子結(jié)和EX型分子結(jié)的軸向熱阻隨溫度的升

4、高而降低;在400K溫度以上時,帶有X型分子結(jié)和EX型分子結(jié)的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率對溫度依賴性不敏感。
　　(3)建立了單壁碳納米管X型分子結(jié)和EX型分子結(jié)的管間熱導(dǎo)的計算模型,分析了交叉的單壁碳納米管通過燒結(jié)由X型分子結(jié)變化到EX型分子結(jié)的過程中,分子結(jié)的管間熱導(dǎo)及軸向熱阻隨管間連接鍵個數(shù)的變化。結(jié)果表明分子結(jié)的管間熱導(dǎo)隨管間連接鍵個數(shù)增加而增大;由于端固定方式會在EX型分子結(jié)的生成過程引入變形和缺陷,從而導(dǎo)致分子結(jié)的軸向熱阻在