隨著科學(xué)研究的不斷深入,科學(xué)家創(chuàng)造性地生長出氮化硼包裹碳納米管的復(fù)合結(jié)構(gòu),被稱為氮化硼—碳雙壁納米管(CNT@BNNT)。該結(jié)構(gòu)結(jié)合雙方的優(yōu)點,表現(xiàn)出強度和韌性高、熱穩(wěn)定性好、抗氧化能力強、耐高溫等優(yōu)異特性,同時克服了碳納米管高溫易被氧化以及氮化硼納米管導(dǎo)熱性能低于碳納米管的缺點。本文采用分子動力學(xué)模擬計算了氮化硼—碳雙壁納米管熱力學(xué)性能以及其分別與銅和硅形成的界面熱導(dǎo)的特性。首先,模擬研究了氮化硼—碳雙壁納米管熱力學(xué)特性。氮化硼—碳雙壁納米管CNT(10,0)@BNNT(19,0)的應(yīng)力隨著壓縮應(yīng)變的增加而線性地增大而后減小,其壓縮楊氏模量為0.856TP。CNT(10,0)@BNNT(19,0)隨著內(nèi)外管管間作用力的增強,臨界應(yīng)變和壓縮楊氏模量均有所增加。在溫度為100K至1200K范圍內(nèi),CNT(10,0)@BNNT(19,0)熱導(dǎo)率隨著溫度的升高先是大幅度降低最后趨于緩和,具體值從318.52 W/m/K減小到65.62 W/m/K。在壓縮應(yīng)變?yōu)?至0.1范圍內(nèi),CNT(10,0)@BNNT(19,0)熱導(dǎo)率值明顯地隨著壓縮應(yīng)變增加而減小,具體值從196.57 W/m/K減小到27.73W/m/K。其次,模擬研究了氮化硼—碳雙壁納米管和銅的界面熱導(dǎo)特性。氮化硼—碳雙壁納米管CNT(10,0)@BNNT(19,0)和基底Cu的界面熱導(dǎo)在溫度范圍為100K至1000K內(nèi)隨著溫度的升高而增加,具體值從6.876×10~8 W/m~2/K增加到9.393×10~8 W/m~2/K。CNT(10,0)@BNNT(19,0)和基底Cu的界面熱導(dǎo)存在熱整流效應(yīng),CNT(10,0)@BNNT(19,0)作為熱端時的界面熱導(dǎo)值在各個溫度均大于基底Cu作為熱端時的值。在壓縮應(yīng)變?yōu)?至0.1范圍內(nèi),CNT(10,0)@BNNT(19,0)和基底Cu的界面熱導(dǎo)隨著壓縮應(yīng)變增加而增大,具體值從7.329×10~8 W/m~2/K增加到13.463×10~8 W/m~2/K。最后,模擬研究了氮化硼—碳雙壁納米管和硅的界面熱導(dǎo)特性。氮化硼—碳雙壁納米管CNT(10,0)@BNNT(19,0)和基底Si的界面熱導(dǎo)在溫度范圍為100K至1000K內(nèi)隨著溫度的升高而增加,具體值從4.537×10~8 W/m~2/K增加到9.666×10~8 W/m~2/K。CNT(10,0)@BNNT(19,0)和基底Si的界面熱導(dǎo)存在熱整流效應(yīng),CNT(10,0)@BNNT(19,0)作為熱端時的界面熱導(dǎo)值在各個溫度均大于基底Si作為熱端時的值。在壓縮應(yīng)變?yōu)?至0.1范圍內(nèi),CNT(10,0)@BNNT(19,0)和基底Si的界面熱導(dǎo)隨著壓縮應(yīng)變增加而增大,具體值從4.798×10~8 W/m~2/K增加到7.940×10~8 W/m~2/K。本論文的研究結(jié)果可以為氮化硼—碳雙壁納米管的研究和應(yīng)用提供一定的參考。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN303
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 氮化硼—碳雙壁納米管介紹
        1.2.1 氮化硼—碳雙壁納米管的結(jié)構(gòu)和制備
        1.2.2 氮化硼—碳雙壁納米管的性質(zhì)和應(yīng)用
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 氮化硼—碳雙壁納米管模擬方面
        1.3.2 氮化硼—碳雙壁納米管實驗方面
        1.3.3 界面熱導(dǎo)
    1.4 研究目的和研究內(nèi)容
2 分子動力學(xué)模擬相關(guān)內(nèi)容
    2.1 分子動力學(xué)概述
    2.2 勢函數(shù)介紹
    2.3 分子動力學(xué)模擬步驟
    2.4 分子動力學(xué)相關(guān)軟件
    2.5 分子動力學(xué)模擬中系統(tǒng)平衡控制
        2.5.1 系綜控制
        2.5.2 溫度控制
        2.5.3 壓強控制
    2.6 導(dǎo)熱系數(shù)的分子動力學(xué)模擬
        2.6.1 平衡分子動力學(xué)模擬EMD
        2.6.2 非平衡分子動力學(xué)模擬NEMD
3 氮化硼—碳雙壁納米管熱力學(xué)特性的模擬研究
    3.1 模型構(gòu)建和模擬過程
        3.1.1 模型構(gòu)建
        3.1.2 勢函數(shù)
        3.1.3 模擬過程
    3.2 模擬結(jié)果與分析
        3.2.1 不同長度氮化硼—碳雙壁納米管壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線
        3.2.2 管間作用力對氮化硼—碳雙壁納米管壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響
        3.2.3 溫度對氮化硼—碳雙壁納米管熱導(dǎo)率的影響
        3.2.4 壓縮應(yīng)變對氮化硼—碳雙壁納米管熱導(dǎo)率的影響
    3.3 本章小結(jié)
4 氮化硼—碳雙壁納米管和銅界面熱導(dǎo)的模擬研究
    4.1 模型構(gòu)建和模擬過程
        4.1.1 界面模型
        4.1.2 勢函數(shù)
        4.1.3 模擬過程
    4.2 模擬結(jié)果與分析
        4.2.1 溫度對界面熱導(dǎo)的影響
        4.2.2 熱整流效應(yīng)
        4.2.3 壓縮應(yīng)變對界面熱導(dǎo)的影響
    4.3 本章小結(jié)
5 氮化硼—碳雙壁納米管和硅界面熱導(dǎo)的模擬研究
    5.1 模型構(gòu)建和模擬過程
        5.1.1 界面模型
        5.1.2 勢函數(shù)
        5.1.3 模擬過程
    5.2 模擬結(jié)果與分析
        5.2.1 溫度對界面熱導(dǎo)的影響
        5.2.2 熱整流效應(yīng)
        5.2.3 壓縮應(yīng)變對界面熱導(dǎo)的影響
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2836867