發(fā)布時間：2020-06-19 06:19

【摘要】：隨著納米加工技術(shù)的進(jìn)步以及器件走向低維納米尺度,低維體系的熱輸運(yùn)正不斷成為基礎(chǔ)與應(yīng)用研究共同關(guān)注的課題。特別是隨著近年來納米線、納米管和二維石墨烯等為代表的低維材料熱物性實(shí)驗(yàn)研究的突破性進(jìn)展,人們認(rèn)識到認(rèn)識和理解這些微納尺度低維熱輸運(yùn)的重要性,也使該方向成為凝聚態(tài)物理的重要前沿課題。與宏觀體系中的熱輸運(yùn)比較,低維體系中熱輸運(yùn)具有的獨(dú)特的性質(zhì),宏觀體系下材料尺度的變化不會影響材料本征的熱導(dǎo)率變化,但低維材料表現(xiàn)出對材料尺度的依賴關(guān)系。石墨烯具有較高的熱導(dǎo)率,在低維情況下石墨烯的熱導(dǎo)率則與尺寸有著關(guān)系。目前對低維體系熱性質(zhì)及熱輸運(yùn)的研究已經(jīng)成為凝聚態(tài)物理一個非常重要的領(lǐng)域。本論文的主要工作是通過以二維石墨烯為例,通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷及其位置的關(guān)聯(lián)分布,利用分子動力學(xué)模擬的方法,研究石墨烯缺陷結(jié)構(gòu)及其位置關(guān)聯(lián)分布對熱導(dǎo)率的調(diào)控,探討低維體系中熱輸運(yùn)調(diào)控的動力學(xué)機(jī)制和一般規(guī)律。論文主要分為兩部分研究內(nèi)容:1)設(shè)計(jì)不同缺陷的結(jié)構(gòu)形狀,研究石墨烯的缺陷形狀對石墨烯熱導(dǎo)率的調(diào)控機(jī)制。通過模擬和對比不同結(jié)構(gòu)的缺陷,我們發(fā)現(xiàn)方形缺陷引起熱導(dǎo)率的下降較為明顯。進(jìn)一步分析表明方形結(jié)構(gòu)缺陷周圍存在較少懸掛鍵的碳原子,由于這些懸掛鍵碳原子對低維熱輸運(yùn)有較強(qiáng)的散射。2)研究二維石墨烯的中缺陷位置的空間關(guān)聯(lián)分布對石墨烯熱導(dǎo)率的調(diào)控。研究表明雖然石墨烯孔隙率的大小對于石墨烯熱導(dǎo)率有著明顯的影響,但在孔隙率相同的情況下,對比石墨烯缺陷位置空間隨機(jī)分布和分形關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)分形空間位置關(guān)聯(lián)的缺陷能夠顯著降低石墨烯的熱導(dǎo)率。通過進(jìn)一步的聲子態(tài)密度和聲子的模式參與度計(jì)算,我們發(fā)現(xiàn)分形結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)聯(lián)產(chǎn)生更多的低頻局域振動,從而引起較強(qiáng)的聲子散射進(jìn)而降低體系的熱導(dǎo)率。通過設(shè)計(jì)低維體系缺陷及其相關(guān)空間位置的關(guān)聯(lián)分布,為低維體系熱導(dǎo)率的調(diào)控和熱流的調(diào)節(jié)提供了可能的途徑和方法,對于設(shè)計(jì)新型低維熱電材料和熱功能材料具有一定的方法指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O469
【圖文】：

王磊基于分子動力學(xué)研究低維系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺陷設(shè)計(jì)與熱輸運(yùn)調(diào)控的保護(hù)起著重要作用。當(dāng)前地球上約有９０％的能量是通過燃燒化石燃燃燒放出的熱的利用率的較低的情況，造成了能源的大大浪費(fèi)，同時造成了環(huán)境的污染，使全球溫度升高，造成溫室效應(yīng)以及酸雨等一系能夠利用熱電效應(yīng)將化石燃料產(chǎn)生的能量充分利用起來，將其轉(zhuǎn)化為的能量，這不僅能提高化石燃料的利用率，更能緩解當(dāng)前全球各國面當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的制約，熱電轉(zhuǎn)換的效率太低且制備成本過高，故很長一段路要走［７－１２］。逡逑

由于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的制約，熱電轉(zhuǎn)換的效率太低且制備成本過高，故熱電轉(zhuǎn)換的逡逑發(fā)展還有很長一段路要走［７－１２］。逡逑圖１－１微型處理器、高性能集群計(jì)算系統(tǒng)構(gòu)建圖逡逑石墨烯是２１世紀(jì)的明星材料，一維單層石墨烯可以將單層石墨烯展現(xiàn)出一種透明的逡逑狀態(tài)，對光的吸收率達(dá)到２．邋３％。然而由于石墨烯是一種獨(dú)特的蜂巢結(jié)構(gòu)致使它內(nèi)部蘊(yùn)含的逡逑雜質(zhì)和缺陷都處于一種很少的狀態(tài)，這就導(dǎo)致了它的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，極大的減少了電子遷逡逑移中的散射［１３】，所以在室溫狀態(tài)下石墨烯具有非常高的電子遷移率，甚至超過了逡逑１５０００ｃｍ２／（ｙ＿ｓ；），比現(xiàn)在常用的半導(dǎo)體硅高出１０倍，所以石墨烯被譽(yù)為未來納米材料的逡逑明星材料。石墨烯的電阻率比銀低。石墨烯納米帶為半導(dǎo)體，形狀為Ｚ字型，能帶隙與寬逡逑度成反比。由于石墨烯在電學(xué)性質(zhì)方面的優(yōu)良獨(dú)特性，使得石墨烯在彈道運(yùn)輸晶體管、場逡逑發(fā)射器、集成電路、透明電極、傳感器等方面得到廣泛的應(yīng)用。石墨烯的約翰遜噪聲非常逡逑低

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本文編號：2720421