隨著新興納米技術(shù)的不斷發(fā)展,納米結(jié)構(gòu)、納米材料在解決能源危機(jī)與環(huán)境問題上發(fā)揮著越來越不可替代的作用。其中,納米結(jié)構(gòu)在傳熱傳質(zhì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化提供了新的思路。因此,本文從納米尺度的傳熱、傳質(zhì)兩方面入手,通過分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了兩種納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的“反�！爆F(xiàn)象,并論述了它們?cè)趶U熱利用及水凈化兩個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。首先,本文探討了如何構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲子（熱量的主要載流子之一）的有效調(diào)控,從而控制熱量的傳輸。在能源空前匱乏的當(dāng)代,低能源利用率及高廢熱排放率使得能源危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)重。因此,可將廢熱直接轉(zhuǎn)化為電能的熱電技術(shù)成為了解決能源問題的關(guān)鍵。但是體塊熱電材料的熱電轉(zhuǎn)化效率極其低下,人們因此將目光轉(zhuǎn)向了納米技術(shù)。本文從聲子輸運(yùn)角度出發(fā),構(gòu)建了一種特殊的硅納米籠結(jié)構(gòu)來抑制熱輸運(yùn),提高熱電轉(zhuǎn)化效率。我們通過平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了硅納米籠的熱導(dǎo)率。本文研究了溫度及硅納米線（納米籠的組成單元）的尺寸對(duì)硅納米籠熱導(dǎo)率的影響,發(fā)現(xiàn)其熱導(dǎo)率對(duì)納米線長度以及直徑十分敏感,但幾乎不隨溫度變化。本文也探討了硅納米籠的對(duì)稱性以及納米線交結(jié)數(shù)目對(duì)于熱導(dǎo)率的影響。結(jié)果顯示,硅納米籠的熱導(dǎo)率與純硅的熱導(dǎo)率... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

納米棘輪效應(yīng)示意圖

熱導(dǎo)率將小于體塊 SiNWC 的熱導(dǎo)率。這是因?yàn)榇藶閺椀垒斶\(yùn)（Ballistic Transport）[68]，導(dǎo)熱能力受限于尺寸體塊材料性質(zhì)，即無窮大的 SiNWC 的熱導(dǎo)率，我們?cè)诰О钠谛赃吔鐥l件。圖 3-2 展示了如何在二維模擬體系中實(shí)現(xiàn)周期移動(dòng)超過模擬區(qū)域的邊界時(shí)，它們將重新從相反的方向進(jìn)入間的相互作用在幾何上是周期性的，同時(shí)它也保證了模擬盒積守恒。算硅納米籠熱導(dǎo)率用的模擬方法分為 EMD 與 NEMD 兩種，本文采用 EMD學(xué)特性。對(duì)于硅而言，Patrick 發(fā)現(xiàn)這兩種方法計(jì)算出來的熱，但計(jì)算量卻是不同的[69]。若在計(jì)算純硅熱導(dǎo)率時(shí)使用 NE效應(yīng)，計(jì)算量至少是 EMD 的 10 倍。這是因?yàn)榧児璧穆曌悠?

圖 3-2 典型的二維周期性邊界條件示意圖同性，因此 NEMD 尺寸收斂性差的弱點(diǎn)被進(jìn)一本身對(duì)聲子的散射很強(qiáng)，大大減小了聲子的平行計(jì)算，計(jì)算量也不會(huì)過大。此處之所以選界面等非均勻介質(zhì)的計(jì)算[70]，因此本文選擇 熱導(dǎo)率的流程如下：首先讀入指定運(yùn)算條件的原子的初始位置及初始速度（滿足高斯分布）。結(jié)構(gòu)弛豫，使得原子從初始位置運(yùn)動(dòng)到平衡位成勢(shì)能，達(dá)到能量均分。弛豫過程始終保持原系統(tǒng)溫度不變，施加正則系綜（NVT），然后通），保持系統(tǒng)總能量不變。當(dāng)系統(tǒng)弛豫至平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)誤差，通常我們對(duì)同一個(gè)模擬結(jié)構(gòu)，施加


本文編號(hào)：3409605