固體界面?zhèn)鳠岬姆肿觿恿W模擬.pdf

1、隨著納米技術(shù)、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,器件的尺寸進入了微／納米尺度。微／納器件形成微／納機電系統(tǒng)(MEMS)的同時,也帶來微／納器件界面?zhèn)鳠釂栴}。微／納結(jié)構(gòu)間的熱量輸運過程與宏觀尺度有很大差別,呈現(xiàn)出微幾何尺度和微時間尺度效應(yīng)。目前為止,還沒有一個模型能夠完全考慮界面聲子傳輸?shù)母鞣N影響因素,理論仍不能完全解釋實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象,界面?zhèn)鳠岬奈锢頇C理也不明晰。
　　 本文通過建立分子動力學模型,結(jié)合聲子理論對納米尺度下的界面熱傳導(dǎo)現(xiàn)象

2、給予了分析和解釋。采用非平衡態(tài)分子動力學方法模擬了固體異質(zhì)薄膜材料添加過渡層后的熱傳導(dǎo)過程,研究了在不同溫度、薄膜厚度、過渡層厚度等條件下薄膜導(dǎo)熱系數(shù)及界面熱阻的變化特性。結(jié)果表明,由于非彈性散射機制的影響,過渡層有效地降低了界面熱阻,更有利于能量在界面處的傳輸；添加不同屬性的過渡層,異質(zhì)薄膜材料的導(dǎo)熱系數(shù)均隨溫度的升高而增大,等效界面熱阻隨溫度的升高而減小:隨著膜厚的增加,異質(zhì)薄膜導(dǎo)熱系數(shù)明顯增大,而等效熱阻基本不變,并沒有表現(xiàn)出尺寸

3、效應(yīng)。通過建立非對稱界面接觸模型,利用分子動力學方法研究了接觸界面的接觸面積和接觸角對界面熱傳導(dǎo)的影響,同時討論了系統(tǒng)的整流效應(yīng)。結(jié)果表明,材料一側(cè)截面A大小固定時,在另一側(cè)截面B增大到與A相近的過程中,界面熱阻急劇下降；繼續(xù)增大截面積B,熱阻趨向于一個固定值,系統(tǒng)的界面熱阻取決于界面連接處的最小截面積。截面的不對稱一定程度限制了聲子的傳輸,但這種限制并沒有表現(xiàn)出方向性。施加正反向熱流,界面熱阻或?qū)嵯禂?shù)沒有明顯的差別,即不存在整流效應(yīng)

4、；不同接觸角將影響系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)性能,但界面熱阻隨溫度變化的基本趨勢一致,均隨溫度的升高而逐漸減小。當接觸角增大時,界面熱阻會有所下降。建立了單壁碳納米管(SWCNT)與金剛石基體接觸的分子動力學模型,模擬了SWCNT／金剛石復(fù)合材料的界面熱傳導(dǎo),在不同SWCNT長度下,得到了SWCNT／金剛石系統(tǒng)導(dǎo)熱系數(shù)以及SWCNT導(dǎo)熱系數(shù)。結(jié)果表明,無論系統(tǒng)還是SWCNT的導(dǎo)熱系數(shù)都隨著SWCNT長度(系統(tǒng)長度)的增加而增大,并近似呈線性關(guān)系；當S