本文關(guān)鍵詞：碳納米管接觸熱特性的分子動力學(xué)模擬

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【摘要】：如今,電子器件尺寸不斷減小,熱流密度急劇上升；同時,電子器件和散熱器接觸時存在的一些縫隙或孔洞,嚴(yán)重阻礙了熱量從電子器件到散熱器的傳輸,使得電子器件和電子設(shè)備的工作壽命和工作效率大幅降低。因此,提高電子設(shè)備的散熱水平成為制約電子行業(yè)發(fā)展的重要因素。針對上述問題,專家們提出了熱界面材料的概念,通過采用將其填充到縫隙中的方式來降低熱阻,提高熱傳輸效率。近些年,碳納米管因為其具有非常高的軸向熱導(dǎo)率和良好的柔韌性成為備受追捧的熱界面材料。若想提高電子器件到散熱器之間的傳熱效率,不僅需要界面材料本身具有高的熱傳導(dǎo)性,還需要降低電子器件和熱界面材料、熱界面材料和散熱器接觸時形成的界面熱阻。本文采用分子動力學(xué)方法模擬了碳納米管-硅和碳納米管-銅的界面熱特性。這些特性將對未來微電子器件的散熱設(shè)計提供一定的參考價值。在單壁碳納米管-硅和單壁納米管-銅界面熱特性的模擬中,主要考慮了溫度、界面原子間作用力、碳納米管管徑、熱整流效應(yīng)這四個因素。經(jīng)過計算,得出了以下四個規(guī)律： (1)界面熱導(dǎo)隨著溫度升高而增大,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于溫度升高,更多的聲子被激發(fā),促進(jìn)了熱量的傳輸。后者在550K時出現(xiàn)峰值,以后略有下降。(2)界面熱導(dǎo)隨著界面原子間作用力的增強而增大,近界面處的原子會隨著作用力的增強而振動加劇,聲子耦合度變好,熱傳輸水平得到提高。 (3)管徑的變化對界面熱導(dǎo)同樣存在很大的影響,增大碳納米管管徑,界面處相互作用的原子數(shù)增多,熱傳輸途徑變多,界面熱導(dǎo)增大。 (4)交換冷熱端后,界面熱導(dǎo)的數(shù)值明顯發(fā)生了變化,在單壁碳納米管-硅的模型中,碳納米管作為熱端比作為冷端時界面熱導(dǎo)大5.5%-22%；在單壁碳納米管-銅的模型中,碳納米管作為熱端比作為冷端時,界面熱導(dǎo)大3%-10%。這說明界面熱傳輸中存在熱整流效應(yīng),且從數(shù)值上看,單壁碳納米管-硅受影響更大,兩者都隨著溫度升高整流效應(yīng)影響減弱。在多壁碳納米管-硅和多壁納米管-銅界面熱特性的模擬中,考慮了溫度、管壁數(shù)目以及原子間作用力三個因素。得到了以下規(guī)律： (1)溫度依賴性模擬是以三層碳納米管管壁為例,所得結(jié)論與單壁碳納米管相同,界面熱導(dǎo)隨溫度的升高而增大,且在相同溫度下,碳納米管-硅的界面熱導(dǎo)明顯大于碳納米管-銅的界面熱導(dǎo)。(2)界面熱導(dǎo)隨管壁數(shù)的增大而減小。(3)作用力依賴性的模擬主要包括兩個方面,一方面是調(diào)整碳原子與硅/銅原子之間的作用力,經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)界面熱導(dǎo)隨著界面兩側(cè)原子間作用力的增大而線性增大；另一方面是改變處在不同層的碳原子間的作用力,發(fā)現(xiàn)界面熱導(dǎo)并沒有發(fā)生變化,可見不同層碳原子間的作用力對軸向方向的熱傳輸并沒有直接作用。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 分子動力學(xué) 界面熱導(dǎo)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN60;TK124
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 碳納米管介紹11-13
• 1.2.1 碳納米管的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 碳納米管的性質(zhì)12-13
• 1.3 研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排15-16
• 2 分子動力學(xué)模擬相關(guān)內(nèi)容16-28
• 2.1 熱輸運相關(guān)概念16-17
• 2.2 分子動力學(xué)概述17-18
• 2.3 分子動力學(xué)模擬的步驟18-20
• 2.4 分子動力學(xué)相關(guān)軟件20-21
• 2.5 分子動力學(xué)模擬中系統(tǒng)平衡控制21-23
• 2.5.0 系綜控制21
• 2.5.1 溫度控制21-22
• 2.5.2 壓強控制22-23
• 2.6 勢函數(shù)選取23-26
• 2.7 熱導(dǎo)率的分子動力學(xué)模擬26-28
• 2.7.1 平衡分子動力學(xué)模擬(EMD)26-27
• 2.7.2 非平衡分子動力學(xué)模擬(NEMD)27-28
• 3 單壁碳納米管-硅界面熱特性的模擬研究28-38
• 3.1 模型構(gòu)建與模擬過程28-30
• 3.1.1 界面模型28-29
• 3.1.2 勢函數(shù)29
• 3.1.3 模擬過程29-30
• 3.2 模擬結(jié)果與分析30-36
• 3.2.1 溫度對界面熱導(dǎo)的影響30-32
• 3.2.2 作用力大小對界面熱導(dǎo)的影響32-34
• 3.2.3 熱整流效應(yīng)34-35
• 3.2.4 碳納米管管徑對界面熱導(dǎo)的影響35-36
• 3.3 小結(jié)36-38
• 4 單壁碳納米管-銅的界面熱特性的模擬研究38-47
• 4.1 模型構(gòu)建和模擬過程38-39
• 4.1.1 界面模型38
• 4.1.2 勢函數(shù)38-39
• 4.1.3 模擬過程39
• 4.2 模擬結(jié)果與分析39-46
• 4.2.1 溫度對界面熱導(dǎo)的影響39-42
• 4.2.2 作用力對界面熱導(dǎo)的影響42-43
• 4.2.3 熱整流效應(yīng)43-45
• 4.2.4 碳納米管管徑對界面熱導(dǎo)的影響45-46
• 4.3 小結(jié)46-47
• 5 多壁碳納米管界面熱特性的模擬研究47-57
• 5.1 模型構(gòu)建和模擬過程47-48
• 5.1.1 界面模型47-48
• 5.1.2 勢函數(shù)48
• 5.1.3 模擬過程48
• 5.2 模擬結(jié)果與分析48-55
• 5.2.1 溫度對界面熱導(dǎo)的影響48-52
• 5.2.2 碳納米管管壁數(shù)對界面熱導(dǎo)的影響52-53
• 5.2.3 作用力對界面熱導(dǎo)的影響53-55
• 5.3 小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 致謝62-63

【參考文獻(xiàn)】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊邦朝;陳文媛;曾理;胡永達(dá);;熱界面材料的特性及其應(yīng)用[A];中國電子學(xué)會第十四屆電子元件學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

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本文編號：1062422