固體界面?zhèn)鳠岬姆肿觿恿W(xué)模擬.pdf

1、隨著納米技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,器件的尺寸進入了微／納米尺度。微／納器件形成微／納機電系統(tǒng)(MEMS)的同時,也帶來微／納器件界面?zhèn)鳠釂栴}。微／納結(jié)構(gòu)間的熱量輸運過程與宏觀尺度有很大差別,呈現(xiàn)出微幾何尺度和微時間尺度效應(yīng)。目前為止,還沒有一個模型能夠完全考慮界面聲子傳輸?shù)母鞣N影響因素,理論仍不能完全解釋實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象,界面?zhèn)鳠岬奈锢頇C理也不明晰。
　　 本文通過建立分子動力學(xué)模型,結(jié)合聲子理論對納米尺度下的界面熱傳導(dǎo)現(xiàn)象

2、給予了分析和解釋。采用非平衡態(tài)分子動力學(xué)方法模擬了固體異質(zhì)薄膜材料添加過渡層后的熱傳導(dǎo)過程,研究了在不同溫度、薄膜厚度、過渡層厚度等條件下薄膜導(dǎo)熱系數(shù)及界面熱阻的變化特性。結(jié)果表明,由于非彈性散射機制的影響,過渡層有效地降低了界面熱阻,更有利于能量在界面處的傳輸；添加不同屬性的過渡層,異質(zhì)薄膜材料的導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度的升高而增大,等效界面熱阻隨溫度的升高而減小:隨著膜厚的增加,異質(zhì)薄膜導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大,而等效熱阻基本不變,并沒有表現(xiàn)出尺寸

3、效應(yīng)。通過建立非對稱界面接觸模型,利用分子動力學(xué)方法研究了接觸界面的接觸面積和接觸角對界面熱傳導(dǎo)的影響,同時討論了系統(tǒng)的整流效應(yīng)。結(jié)果表明,材料一側(cè)截面A大小固定時,在另一側(cè)截面B增大到與A相近的過程中,界面熱阻急劇下降；繼續(xù)增大截面積B,熱阻趨向于一個固定值,系統(tǒng)的界面熱阻取決于界面連接處的最小截面積。截面的不對稱一定程度限制了聲子的傳輸,但這種限制并沒有表現(xiàn)出方向性。施加正反向熱流,界面熱阻或?qū)嵯禂?shù)沒有明顯的差別,即不存在整流效應(yīng)

4、；不同接觸角將影響系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)性能,但界面熱阻隨溫度變化的基本趨勢一致,均隨溫度的升高而逐漸減小。當(dāng)接觸角增大時,界面熱阻會有所下降。建立了單壁碳納米管(SWCNT)與金剛石基體接觸的分子動力學(xué)模型,模擬了SWCNT／金剛石復(fù)合材料的界面熱傳導(dǎo),在不同SWCNT長度下,得到了SWCNT／金剛石系統(tǒng)導(dǎo)熱系數(shù)以及SWCNT導(dǎo)熱系數(shù)。結(jié)果表明,無論系統(tǒng)還是SWCNT的導(dǎo)熱系數(shù)都隨著SWCNT長度(系統(tǒng)長度)的增加而增大,并近似呈線性關(guān)系；當(dāng)S