發(fā)布時(shí)間：2017-07-08 14:28

  本文關(guān)鍵詞：碳納米管熱輸運(yùn)性質(zhì)機(jī)理研究

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【摘要】：隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展,低維碳納米管作為頂尖材料呈現(xiàn)出了很多優(yōu)良的特性因此受到了大量的關(guān)注。碳納米管有良好的熱學(xué)性能,所以是作為納米晶體管,納米熱整流器等器件的最有潛力材料。本論文運(yùn)用非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法研究了碳納米管的聲子輸運(yùn)性能,得到了一些重要結(jié)果。首先,我們研究了多壁碳納米管熱輸運(yùn)性質(zhì)中存在的競爭機(jī)制。結(jié)果表明,多壁碳納米管的熱導(dǎo)率比對應(yīng)其最外層的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率要小,因?yàn)槎啾谔技{米管的橫截面積增加的程度比熱導(dǎo)增加的程度大,這是由橫截面積和熱導(dǎo)的競爭關(guān)系決定的。同時(shí),非常有趣的是發(fā)現(xiàn)了彎曲變形對熱導(dǎo)的影響比壁間范德瓦爾斯相互作用對熱導(dǎo)的影響大,導(dǎo)致多壁碳納米管的熱導(dǎo)比單壁碳納米管的熱導(dǎo)要大很多。最后,四壁碳納米管的熱導(dǎo)率比三壁碳納米管的熱導(dǎo)率大,更要比雙壁碳納米管的熱導(dǎo)率大,這是因?yàn)橥夤茉跓崃鞣植贾姓贾鲗?dǎo)地位。簡言之,多壁碳納米管的熱輸運(yùn)性質(zhì)并不是由單個(gè)變量控制的,而是由這些變量的競爭關(guān)系共同決定的。這些結(jié)論對選擇多壁碳納米管作為高效熱導(dǎo)體納米電子設(shè)備很有益。接著,運(yùn)用非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法,我們研究了單壁碳納米管(10,10)在沒有摻雜和摻入雜質(zhì)情況下熱輸運(yùn)性質(zhì)的不同,以及摻入雜質(zhì)的方式、摻入雜質(zhì)的濃度對熱量傳輸過程的影響。結(jié)果表明同一溫度下在單壁碳納米管(10,10)摻入雜質(zhì)濃度相同時(shí),隨機(jī)摻雜比一側(cè)摻雜的熱導(dǎo)率要大。隨著硅摻雜濃度的增大,兩種摻雜方式對應(yīng)的熱導(dǎo)率越來越接近。這是因?yàn)殡S著摻雜濃度的增大,摻雜方式對熱導(dǎo)率的影響比摻雜濃度對熱導(dǎo)率的影響要小。另外,單壁碳納米管(10,10)的熱導(dǎo)率在受摻雜濃度和溫度共同影響時(shí),溫度對熱導(dǎo)率的影響并沒有摻雜濃度對熱導(dǎo)率的影響大。最后,當(dāng)我們進(jìn)行隨機(jī)摻入雜質(zhì)時(shí),單壁碳納米管(10,10)在雜質(zhì)區(qū)的振動(dòng)步調(diào)會(huì)有明顯的不協(xié)調(diào),從而對熱量的傳輸有阻礙作用。但是隨著摻雜濃增大到3%時(shí),雜質(zhì)區(qū)越來越多,其整體振幅反而更有規(guī)律,這是因?yàn)殡s質(zhì)的振動(dòng)模式占了主導(dǎo)地位。
【關(guān)鍵詞】：非平衡分子動(dòng)力學(xué) 碳納米管 熱導(dǎo)率 摻雜 熱輸運(yùn)
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 引言12
• 1.2 低維納米體系熱輸運(yùn)的基本理論和方法12-16
• 1.2.1 玻爾茲曼輸運(yùn)方法12-14
• 1.2.2 非平衡格林函數(shù)方法14-16
• 1.3 碳納米管的結(jié)構(gòu)特性、優(yōu)秀性質(zhì)和制備方法16-21
• 1.3.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)特性16-18
• 1.3.2 碳納米管的優(yōu)秀性質(zhì)18-20
• 1.3.3 碳納米管的制備方法20-21
• 1.4 碳納米管的研究進(jìn)展21-22
• 1.4.1 實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展21
• 1.4.2 理論研究進(jìn)展21-22
• 1.5 本文的研究內(nèi)容22-23
• 第2章 理論基礎(chǔ)與計(jì)算方法23-28
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)方法模擬方法23-27
• 2.1.1 平衡分子動(dòng)力學(xué)方法23-24
• 2.1.2 非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法24-27
• 2.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件LAMMPS簡介27-28
• 第3章 多壁碳納米管中熱輸運(yùn)性質(zhì)的競爭機(jī)制28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 模擬模型和計(jì)算方法29-30
• 3.3 結(jié)果和討論30-35
• 3.4 結(jié)論35-36
• 第4章 單壁碳納米管中摻硅的熱輸運(yùn)研究36-45
• 4.1 引言36-37
• 4.2 模擬模型和計(jì)算方法37
• 4.3 結(jié)果和討論37-44
• 4.4 結(jié)論44-45
• 結(jié)論與展望45-46
• 參考文獻(xiàn)46-54
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄54-55
• 致謝55

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4 車裕祿,李莉萍,李廣社,呂U，

本文編號：534992