本文關(guān)鍵詞：二維硅納米材料熱輸運(yùn)性質(zhì)及其調(diào)控

  更多相關(guān)文章： 硅烯 多層硅 分子動(dòng)力學(xué) 界面耦合 熱輸運(yùn)的各向異性

【摘要】：最近,一種類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的二維硅納米材料——硅烯,從理論預(yù)測(cè)到實(shí)驗(yàn)合成得到廣泛的研究。不同于石墨烯的平面六角結(jié)構(gòu),硅烯具有低的buckling六角結(jié)構(gòu)。不同于石墨烯的多層堆垛形成石墨結(jié)構(gòu),其層間僅存范德瓦爾斯作用,也無(wú)表面重構(gòu)。硅烯的多層堆垛結(jié)構(gòu)豐富,其層間存在強(qiáng)的共價(jià)鍵作用,并且具有明顯的表面重構(gòu)。這些二維硅納米材料其具有優(yōu)異的物理性能,在微電子、新能源等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。熱輸運(yùn)性質(zhì)是二維硅納米材料的一個(gè)重要的基本屬性。而由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,理論模擬也處于起步階段,人們對(duì)二維硅納米材料熱傳導(dǎo)機(jī)制認(rèn)識(shí)不清晰,對(duì)其熱輸運(yùn)性質(zhì)的調(diào)控手段也較為匱乏。因此,本論文中我們基于分子動(dòng)力學(xué)模擬,系統(tǒng)開(kāi)展了二維硅納米材料熱輸運(yùn)性質(zhì)及其調(diào)控的研究。本論文的具體要點(diǎn)如下:1.介紹了對(duì)硅基納米材料的分類(lèi)及發(fā)展歷程,側(cè)重闡述了對(duì)二維硅納米材料熱輸運(yùn)性質(zhì)研究的重要性。2.詳細(xì)介紹了分子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及其基本概念,計(jì)算模擬的大致流程及作用勢(shì)的選取和兩類(lèi)典型的非平衡態(tài)方法對(duì)熱輸運(yùn)性質(zhì)的模擬,同時(shí)介紹了利用分子動(dòng)力學(xué)模擬來(lái)計(jì)算聲子譜的方法。3.我們采用外加溫度梯度的NEMD方法模擬計(jì)算了硅烯在光滑的h-BN襯底及h-BN三明治結(jié)構(gòu)下熱導(dǎo)隨長(zhǎng)度變化的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)硅烯熱導(dǎo)?與長(zhǎng)度的關(guān)系滿(mǎn)足L???。同時(shí)發(fā)現(xiàn)h-BN界面耦合作用可使?顯著增大,表明硅烯聲子的彈道輸運(yùn)特性在襯底作用下得到了增強(qiáng)。對(duì)于放置在h-BN襯底上的情形,我們發(fā)現(xiàn)?增大主要來(lái)源于h-BN作用使硅烯ZA聲學(xué)支的變化和光學(xué)支上移的共同作用。而對(duì)于在h-BN三明治結(jié)構(gòu)的情形,硅烯聲子彈道熱輸運(yùn)的增強(qiáng)主要?dú)w因于層相互作用加強(qiáng)而導(dǎo)致所有聲學(xué)支的速度增大。4.基于NEMD模擬,我們研究了層間具有共價(jià)鍵作用的多層硅熱輸運(yùn)性質(zhì)與其表面重構(gòu)及厚度尺寸的關(guān)聯(lián)。我們首先發(fā)現(xiàn)雙層硅結(jié)構(gòu)因表面重構(gòu)結(jié)構(gòu)的差異使得其熱導(dǎo)率呈現(xiàn)顯著的各向異性和高熱導(dǎo)與低熱導(dǎo)的雙向性。繼而固定其表面結(jié)構(gòu),研究了多層硅熱輸運(yùn)隨其厚度的演化關(guān)系。發(fā)現(xiàn)隨著層數(shù)的增加而其熱導(dǎo)差異減小,同時(shí)各向異性逐步減小。當(dāng)厚度達(dá)到十層的時(shí)候,多層硅熱導(dǎo)的各向異性基本消失。
【關(guān)鍵詞】：硅烯 多層硅 分子動(dòng)力學(xué) 界面耦合 熱輸運(yùn)的各向異性
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O627.41;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-13
• 1.1 引言8-9
• 1.2 硅納米材料分類(lèi)及其研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 二維硅納米材料熱輸運(yùn)性質(zhì)的重要性11-12
• 1.4 主要研究的內(nèi)容12-13
• 第2章 分子動(dòng)力學(xué)方法13-22
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介13-18
• 2.1.1 基本概念和原理13-15
• 2.1.2 勢(shì)函數(shù)的選取15-17
• 2.1.3 積分算法17-18
• 2.2 熱傳導(dǎo)的分子動(dòng)力學(xué)模擬18-22
• 2.2.1 兩類(lèi)熱傳導(dǎo)分子動(dòng)力學(xué)的考察18-20
• 2.2.2 聲子譜的分子動(dòng)力學(xué)方法20-22
• 第3章 硅烯熱傳導(dǎo)性質(zhì)及其調(diào)控的研究22-30
• 3.1 研究背景22-23
• 3.2 計(jì)算方法與模型23-24
• 3.3 h-BN襯底對(duì)硅烯熱導(dǎo)率的影響24-29
• 3.3.1 弱相互作用界面效應(yīng)25-27
• 3.3.2 強(qiáng)相互作用界面效應(yīng)27-28
• 3.3.3 機(jī)理分析之界面效應(yīng)對(duì)硅烯聲子散射的影響28-29
• 3.4 小結(jié)29-30
• 第4章 多層硅熱輸運(yùn)性質(zhì)的研究30-38
• 4.1 研究背景30-31
• 4.2 計(jì)算方法與模型31-33
• 4.3 多層硅熱導(dǎo)率隨層數(shù)的各向異性與尺寸效應(yīng)33-37
• 4.4 小結(jié)37-38
• 第5章 總結(jié)與展望38-40
• 5.1 工作總結(jié)38-39
• 5.2 工作展望39-40
• 參考文獻(xiàn)40-47
• 致謝47-48
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果48

，

本文編號(hào)：621005