考慮原子振動的非簡諧效應(yīng),搭建了固體物理模型,研究了氧化鋁（AlN）類石墨烯材料的熱膨脹系數(shù)、格林乃森參量和彈性模量等熱力學(xué)性質(zhì)隨溫度的變化規(guī)律.結(jié)果表明:①簡諧近似下, AlN類石墨烯材料不發(fā)生熱膨脹,它的線膨脹系數(shù)為零,格林乃森參量和彈性模量均為常量,這些結(jié)果與實際不符,因此必須考慮非簡諧效應(yīng);②考慮非簡諧效應(yīng)后, AlN類石墨烯材料的格林乃森參量、線膨脹系數(shù)和彈性模量均隨溫度的升高而非線性增大,變化范圍分別為:0.547～0.630,8.57×10^-5～3.60×10^-3 K^-1和58.54～500.00 N/m,且溫度愈高,非簡諧效應(yīng)愈顯著;③AlN類石墨烯材料的線膨脹系數(shù)和彈性模量在數(shù)值上雖與AlN塊狀晶體不同,但它們隨溫度的變化規(guī)律相似. 

【文章來源】：西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,45(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

AlN類石墨烯材料的結(jié)構(gòu)示意圖

將圖2和ε0,ε1,ε2等數(shù)據(jù)代入(11)式, 可求得AlN類石墨烯材料的線膨脹系數(shù)隨溫度的變化(圖3), 圖3中的虛線、 實線和點線分別表示只考慮簡諧近似, 考慮簡諧近似和第一非簡諧項, 同時考慮到簡諧近似和第一、 二非簡諧項的結(jié)果.圖3 AlN類石墨烯材料的線膨脹系數(shù)隨溫度的變化

圖2 AlN的格林乃森參量γG隨溫度的變化由圖3看出, 在簡諧近似下, AlN類石墨烯材料的熱膨脹系數(shù)為零; 若只計及第一非簡諧項, 則熱膨脹系數(shù)為常數(shù)8.57×10-5 K-1; 同時考慮到第一、 第二非簡諧項, 則熱膨脹系數(shù)隨溫度升高而非線性增大, 變化范圍在8.57×10-5～3.6×10-3 K-1之間. 這表明, 熱膨脹系數(shù)隨溫度變化主要由原子振動的第二階非簡諧項造成. 相反地, 簡諧效應(yīng)和第一非簡諧效應(yīng)的影響幾乎為零. 非簡諧項對熱膨脹系數(shù)的影響隨著溫度升高而增大, 即溫度愈高, 非簡諧效應(yīng)愈顯著. 另外, 特別值得注意兩點是: ①AlN類石墨烯材料雖與石墨烯具有相似的二維平面六角格子結(jié)構(gòu)(圖1), 但各格點上的原子不同, 導(dǎo)致它們的物理性能存在明顯差異. 例如: 石墨烯熱膨脹系數(shù)為負(fù)值-5. 41×10-6K-1, 而AlN類石墨烯材料的線膨脹系數(shù)為正. ②熱力學(xué)性能隨維度不同也存在明顯差異. 例如, T=500 K時, 第一性原理計算的六角AlN塊體(三維晶體)熱膨脹系數(shù)約為1.901×10-5K-1[24], 明顯小于本文中AlN類石墨烯材料(二維晶體)熱膨脹系數(shù)2.995×10-4K-1.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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