黑磷作為二維材料中重要的一員因其優(yōu)異的物理性質(zhì)吸引了人們的廣泛關(guān)注。然而單層黑磷在空氣中容易與氧氣等發(fā)生化學反應,這也限制了黑磷基電子器件的應用與發(fā)展。為解決這一問題,可以利用在空氣中能夠穩(wěn)定存在的材料作為保護層將黑磷包裹起來。而石墨烯自身不僅具有優(yōu)異的電學、力學、熱學性質(zhì),并且還具有與黑磷互補的物理性質(zhì),因此被認為是最好的選擇。然而由石墨烯與黑磷組成的二維材料異質(zhì)結(jié)存在范德華作用界面,固有的晶格失配將導致較低的界面熱導。而良好的界面熱輸運性質(zhì)對于保證微納米器件工作的穩(wěn)定性與可靠性至關(guān)重要。因此需要對石墨烯/黑磷范德華異質(zhì)結(jié)的界面熱輸運性質(zhì)以及相應調(diào)控方法展開系統(tǒng)研究。本文通過分子動力學方法對這一問題展開研究。研究取得如下成果:（1）本文定量給出了能夠維持石墨烯/黑磷異質(zhì)結(jié)發(fā)生穩(wěn)定熱耗散的臨界功率密度P_cr=0.28GW/m²及系統(tǒng)可承載的最大功率密度P_max=6.52GW/m²,該結(jié)果可以為黑磷基納米電子器件的設(shè)計提供理論依據(jù)。（2）完成了對石墨烯/黑磷異質(zhì)結(jié)界面熱導尺寸效應與溫度效應的研究。其中... 

【文章來源】：西北農(nóng)林科技大學陜西省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【圖文】：

石墨烯組成的不同維度納米材料(Geim,AKandNovoselov,KS2007)

圖 1-2 石墨烯剪紙結(jié)構(gòu)模型示意圖Figure 1-2 The schematic model of graphene kirigami而隨著微納米加工技術(shù)的發(fā)展，剪紙技術(shù)已經(jīng)被成功應用在石墨烯的裁剪、設(shè)計中(Blees, M K et al. 2015)。通過裁剪得到石墨烯剪紙結(jié)構(gòu)（如圖 1-2 所示）不但具有優(yōu)異的可拉伸性能（~85%），還具備極低的具有魯棒性的熱導率，因此極有潛力應用在柔性電子器件與熱電材料領(lǐng)域(Wei, N et al. 2016)。4

同時也是二維材料中重要的一員。自從 2014 年在實驗中獲得少數(shù)幾層黑磷（幾納米厚）后(Li, L et al. 2014)，黑磷獨特的物理性質(zhì)就吸引了人們的廣泛關(guān)注。由于黑磷獨特的原子層結(jié)構(gòu)，與石墨烯或其他金屬硫化物相比，其電學、力學、熱學等物理性質(zhì)均呈現(xiàn)出更顯著的手性依賴性，因此具有更為廣闊的應用前景(Chen, J et al. 2016;Chen, J et al. 2017; Fei, R and Yang, L 2014; Rodin, A S et al. 2014)。本節(jié)也將著重對黑磷各向異性的物理性質(zhì)進行介紹。1.3.1 黑磷的電學性質(zhì)通過第一性從頭算方法的研究結(jié)果表明單層懸浮黑磷是一種具有直接帶隙（1.0eV在 Γ 點）的半導體材料。其帶隙對于黑磷的層數(shù)變化十分敏感，隨著黑磷的層數(shù)增加其帶隙呈線性減小，直至 0.3eV（塊體黑磷的帶隙）。由此說明黑磷具有可調(diào)節(jié)的電學性能(Liu, H et al. 2014)。同時黑磷具有較高的載流子遷移率，最高可以達到~10000 cm2V-1S-1，并且具有很大的開/關(guān)電流比率(Li, L et al. 2014; Liu, H et al. 2014)。此外對于黑磷還存在各向異性的電學性質(zhì)。實驗中測得幾層黑磷的最大漏極電流隨著角度變化接近于正弦變化（如圖 1-3（b）所示），其波谷值在 45 度及 225 度處，波峰值在 135 度及 315 度處(Liu,H et al. 2014)。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]從二維材料到范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)[J]. 於逸駿,張遠波.  物理. 2017(04)
[2]微納米電子器件散熱過程中的物理問題[J]. 周俊,李保文.  物理. 2013(02)



本文編號：3570120