單壁碳納米管分子結導熱特性研究.pdf

1、碳納米管(CNTS)及其分子結是碳納米管電子元件及宏觀體材料的基本構建模塊。單個的碳納米管具有超強的導熱性能,因此近年來關于碳納米管及其宏觀體材料導熱性能的研究得到了廣泛的關注。目前碳納米管宏觀體材料的導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熱性能,而碳納米管間通過C-C共價鍵形成的分子結連接的網(wǎng)絡結構的導熱性能的微觀機理尚待進一步地深入研究。碳納米管分子結的導熱性能研究是碳納米管網(wǎng)絡結構導熱性能研究不可缺少的基礎工作,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型分子結的導熱性能進行了研究,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率非平衡分子動力學(NEMD)模擬方法進行了研究,通過聲子態(tài)密度與熱導率計算,將其與非端固定模型的單壁碳納米管熱導率 NEMD模擬方法進行了比較。結果表明,采用端固定-緩沖區(qū)方式的單壁碳納米管熱導率計算模型的結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率計算模型更為接近。同時針對單壁碳納米管的熱導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(EX型分子結)的單壁碳納米管的熱導率。研究發(fā)現(xiàn)不同于標準的X型分子結,含有EX型分子結的單壁碳納米管的軸向溫度分布會出現(xiàn)兩次跳躍,并導致其熱導率比含有標準的X型分子結的單壁碳納米管的熱導率下降得更多。量子修正結果表明單壁碳納米管X型分子結和EX型分子結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型分子結和EX型分子結的單壁碳納米管的熱導率對溫度依賴性不敏感。
　　(3)建立了單壁碳納米管X型分子結和EX型分子結的管間熱導的計算模型,分析了交叉的單壁碳納米管通過燒結由X型分子結變化到EX型分子結的過程中,分子結的管間熱導及軸向熱阻隨管間連接鍵個數(shù)的變化。結果表明分子結的管間熱導隨管間連接鍵個數(shù)增加而增大;由于端固定方式會在EX型分子結的生成過程引入變形和缺陷,從而導致分子結的軸向熱阻在