【摘要】：石墨烯,由碳原子構(gòu)建的單原子層二維六角晶體材料,自2004年首次實(shí)驗(yàn)獲得以來,由于其優(yōu)異的電、光、熱、機(jī)械強(qiáng)度等物理性質(zhì),受到了許多科研團(tuán)隊(duì)的重視。隨著納米加工技術(shù)的不斷進(jìn)步,該材料可加工成各種準(zhǔn)一維石墨納米帶量子結(jié)構(gòu)。這些準(zhǔn)一維的量子結(jié)構(gòu)中存在獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì),且其物理、化學(xué)性質(zhì)與其幾何構(gòu)型、摻雜、應(yīng)變等密切相關(guān)。本論文以石墨烯為基礎(chǔ),圍繞著石墨烯納米帶的熱導(dǎo)性質(zhì)展開研究。首先對(duì)石墨烯納米帶的結(jié)構(gòu)、分類、性質(zhì)及其在生物醫(yī)用方面的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要介紹;然后簡(jiǎn)述了研究聲子透射概率與熱輸運(yùn)性質(zhì)的理論方法:非平衡格林函數(shù)方法和密度泛函理論,以及需要用到的軟件:VASP、MATLAB、MS;最后我們構(gòu)建了理想、缺陷摻雜、應(yīng)變的鋸齒形石墨烯納米帶和錫納米帶模型,計(jì)算對(duì)比了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的石墨烯納米帶的透射概率隨頻率的變化和熱導(dǎo)隨溫度的變化。首先,在保持鋸齒形碳鏈寬度不變的情況下,我們采用非平衡格林函數(shù)方法計(jì)算研究了鋸齒形石墨烯納米帶中三空穴錯(cuò)位分布對(duì)聲學(xué)聲子輸運(yùn)和熱導(dǎo)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明:三空穴豎直并排時(shí)對(duì)低頻聲子的散射較小,從而導(dǎo)致三空穴豎直并排結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)在低溫區(qū)域最大;然而,在高溫區(qū)域,三空穴豎直并排結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)最小,這是由于散射結(jié)構(gòu)對(duì)高頻聲子散射較大的緣故。以上結(jié)果就說明聲學(xué)聲子輸運(yùn)和約化熱導(dǎo)都依賴于三空穴的相對(duì)位置。另外,對(duì)于面內(nèi)聲學(xué)振動(dòng)模,三空穴相對(duì)錯(cuò)位分布僅對(duì)高溫?zé)釋?dǎo)影響較大,這是由于三空穴的相對(duì)位置變化僅對(duì)面內(nèi)聲學(xué)模的高頻聲子透射調(diào)節(jié)較大而對(duì)低頻聲子透射調(diào)節(jié)非常小的緣故;然而,三空穴的相對(duì)錯(cuò)位分布不僅可以大幅調(diào)節(jié)面外聲學(xué)模的高溫?zé)釋?dǎo),還可以調(diào)節(jié)面外聲學(xué)模的低溫?zé)釋?dǎo),這是由于三空穴的相對(duì)錯(cuò)位分布可以大幅調(diào)節(jié)低頻區(qū)域和高頻區(qū)域面外聲學(xué)模的聲子透射概率的緣故。然后,采用非平衡格林函數(shù)方法結(jié)合密度泛函理論系統(tǒng)研究了缺陷和交替BN組合結(jié)構(gòu)對(duì)石墨烯納米帶中的熱導(dǎo)調(diào)制。研究結(jié)果表明:具有BN結(jié)構(gòu)的石墨烯納米帶的熱導(dǎo)大于具有缺陷結(jié)構(gòu)的石墨烯納米帶的熱導(dǎo);缺陷和BN結(jié)構(gòu)組合可以引發(fā)石墨烯納米帶中的高頻聲子阻塞,聲子阻塞效應(yīng)依賴于缺陷和BN組合的結(jié)構(gòu)參數(shù)。此外,缺陷與BN組合能大幅度調(diào)節(jié)石墨烯納米帶中的聲子透射概率和熱導(dǎo)。最后,采用非平衡格林函數(shù)方法結(jié)合一維量子熱輸運(yùn)理論系統(tǒng)研究了電-聲耦合情形下單原子層錫納米帶和石墨烯納米帶中的電子熱輸運(yùn)性質(zhì)。研究結(jié)果表明:錫納米帶和石墨烯納米帶中的電子熱輸運(yùn)性質(zhì)與溫度以及化學(xué)勢(shì)緊密相關(guān)。錫納米帶中的低溫量子熱導(dǎo)平臺(tái)更窄,且高溫?zé)釋?dǎo)更大。周期應(yīng)變導(dǎo)致的電-聲耦合能周期性地調(diào)制錫納米帶與石墨烯納米帶中的電子熱導(dǎo)。周期性調(diào)制的熱導(dǎo)性質(zhì)與化學(xué)勢(shì)密切相關(guān)。
【圖文】：

實(shí)際生活中，所以，科研工作者們對(duì)石墨烯不同形態(tài)的衍生物進(jìn)行了大量的研究。逡逑其中，就包括從石墨烯出發(fā)蝕刻得到納米結(jié)、納米帶等。利用非平衡格林函數(shù)方逡逑法計(jì)算表明，當(dāng)溫度為３００Ｋ時(shí)，由石墨烯直接蝕刻得到的石墨烯納米（如圖１．２所逡逑示）在接觸處的熱阻約為１０—１Ｑｍ２邋？邋Ｋ／Ｗ，這比石墨烯與其他材料間的接觸熱阻逡逑小了一個(gè)量級(jí)左右。另外，雙接口連接的熱接觸電阻只是略高于單接口連接處的逡逑電阻，這就說明納米結(jié)的熱導(dǎo)主要受限于結(jié)構(gòu)最窄區(qū)，受接觸處的具體結(jié)構(gòu)影響逡逑不大；Ｘｕ等［５］發(fā)現(xiàn)連接角越小的石墨烯納米結(jié)熱導(dǎo)更低，這些性質(zhì)與宏觀電阻逡逑串聯(lián)行為截然不同。逡逑＿邋＿邐Ｂ９０邋Ｈ逡逑圖］．２將ＺＧＮＲ連接到中間或底部的納米結(jié)示意圖，９０表示接口邊緣與ＺＧＮＲ之間的夾角ｃ逡逑Ｆｉｇｌ邋．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ邋ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ邋ｂｙ邋ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ邋ＺＧＮＲ邋ｔｏ邋ｔｈｅ邋ｍｉｄｄｌｅ逡逑（Ｍ９０）邋ｏｒ邋ｂｏｔｔｏｍ邋（Ｂ９０），邋９０邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ａｎｇｌｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｔｈｅ邋ｅｄｇｅ邋ｏｆ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋ａｎｄ邋ｔｈａｔ邋ｏｆ邋ＺＧＮＲ．逡逑２逡逑

邐新銦生物功能材料－石墨烯納米帶的熱導(dǎo)忖質(zhì)研究逡逑r>逡逑圖１．１邋（ａ）表示實(shí)驗(yàn)制備的碳單層樣品圖；（ｂ）表示碳單層的空間結(jié)構(gòu)，它由Ａ、Ｂ兩個(gè)三角格逡逑子嵌套而成，５，０＇邋＝邋１，２，３）是鍵矢量。逡逑Ｆｉｇｌ．ｌ邋（ａ）邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｍｏｎｏｌａｙｅｒ邋ｓａｍｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｐｒｅｐａｒｅｄ邋ｂｙ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；（ｂ）逡逑ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ邋ｔｈｅ邋ｓｐａｔｉａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｌａｙｅｒ，邋ｗｈｉｃｈ邋ｉｓ邋ｎｅｓｔｅｄ邋ｂｙ邋Ａ，邋ｂ邋ａｎｄ邋ｔｗｏ邋ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ逡逑ｃｅｌｌｓ，邋５ｉ（ｉ邋＝邋１，２，３）邋ｉｓ邋ｔｈｅ邋ｋｅｙ邋ｖｅｃｔｏｒ．逡逑理想的石墨烯是一種二維無限大的平面結(jié)構(gòu)，實(shí)際上很不穩(wěn)定，，難以應(yīng)用到逡逑實(shí)際生活中，所以，科研工作者們對(duì)石墨烯不同形態(tài)的衍生物進(jìn)行了大量的研究。逡逑其中，就包括從石墨烯出發(fā)蝕刻得到納米結(jié)、納米帶等。利用非平衡格林函數(shù)方逡逑法計(jì)算表明，當(dāng)溫度為３００Ｋ時(shí)，由石墨烯直接蝕刻得到的石墨烯納米（如圖１．２所逡逑示）在接觸處的熱阻約為１０—１Ｑｍ２邋？邋Ｋ／Ｗ
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB34

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2653638