摻雜形態(tài)對(duì)固態(tài)氬熱傳導(dǎo)性能的影響.pdf

1、雜質(zhì)、缺陷或者材料內(nèi)部的邊界都會(huì)增加熱傳輸中的熱阻，由此降低傳導(dǎo)熱能的能力。納米顆粒對(duì)聲子的散射受顆粒尺寸與聲子波長(zhǎng)的比率以及顆粒排布方式的強(qiáng)烈影響，這兩個(gè)因素對(duì)熱導(dǎo)率的影響很大。一些實(shí)驗(yàn)表明，不同尺寸的納米顆粒由于受到聲子的散射加強(qiáng)，會(huì)更有效地降低熱導(dǎo)率。同樣，在納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定的情況下，顆粒半徑較小，數(shù)量較多會(huì)產(chǎn)生較低的熱導(dǎo)率。
　　 在其他研究者工作的基礎(chǔ)上，受到啟發(fā)后本文采用平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法計(jì)算在固態(tài)氬中摻雜氪以

2、及純氬的熱導(dǎo)率，研究了雜質(zhì)在空間的六種不同的幾何排布方式對(duì)氬晶體熱導(dǎo)率特性的影響，比較了六種雜質(zhì)分布下的熱導(dǎo)率，這六種雜質(zhì)排布方式包括集中摻雜，單層摻雜，均勻摻雜，不均勻摻雜，隨機(jī)摻雜和立方體摻雜。模擬結(jié)果證明在基本相同的雜質(zhì)濃度下雜質(zhì)位置的均勻性對(duì)固態(tài)氬熱導(dǎo)率有很大影響，集中摻雜，單層摻雜，均勻摻雜，不均勻摻雜，隨機(jī)摻雜和立方體摻雜的熱導(dǎo)率依次降低，立方體摻雜的熱導(dǎo)率最低，可能是因?yàn)橐韵聝牲c(diǎn)：第一，在立方體摻雜方式中，存在聲子雜質(zhì)之間

3、的散射和更強(qiáng)的聲子界面散射，破壞了聲子的連貫性，而在其它五種摻雜方式中只存在聲子雜質(zhì)散射或者較弱的聲子界面散射；第二，如果十二個(gè)立方體之間的距離很短，很有可能發(fā)生多次散射，在其它五種摻雜方式中不會(huì)發(fā)生多次散射。計(jì)算結(jié)果表明在17K時(shí)，固態(tài)氬的熱導(dǎo)率是立方體摻雜熱導(dǎo)率的近三倍，在模擬的較高溫度下，六種不同的雜質(zhì)分布方式對(duì)氬晶體的熱導(dǎo)率差影響很小。這是因?yàn)樵谳^高的溫度下，聲子的U散射是熱導(dǎo)率降低的主要原因，即它對(duì)熱導(dǎo)率的影響勝過(guò)聲子雜質(zhì)散射