低維納米體系的熱傳導性質(zhì)研究.pdf

1、隨著納米科學與工程技術的發(fā)展,納米尺度上的熱傳導問題已經(jīng)成為全世界科學家關注的焦點之一。盡管有了十多年的研究歷史,但是由于實驗條件的限制,以及理論模擬研究也都處于一個尚未成熟的階段,人們對納米尺度上的熱傳導機制仍然不清晰。為了更深入地探索納米尺度上的熱傳導機制,了解納米材料的熱傳導性能,我們研究了低維納米體系的熱傳導性質(zhì)。
　　本論文首先介紹了低維納米材料的研究背景以及研究其熱傳導性質(zhì)的重要性。繼而通過分子動力學方法,研究了碳納米

2、管、石墨帶、以及冰納米管的熱傳導性質(zhì),探討了納米尺度上的熱傳導機制。最后,通過-維原子鏈模型提出了調(diào)控納米材料熱導率的新方法,并且通過實例說明了其有效性。
　　本文的內(nèi)容如下:
　　(1)第一章,介紹了低維納米材料的研究背景和應用前景,并闡述了研究其熱傳導性質(zhì)的重要性。
　　(2)第二章,介紹了分子動力學方法的基本理論和分子動力學計算納米體系熱傳導的常用方法。
　　(3)第三章,考察了計算碳納米管熱導率時,不同分

3、子動力學模擬方法及模擬技術對熱導率的影響,得到了非常自洽的、合理的結果。發(fā)現(xiàn)使用不同的分子動力學模擬方法和技術得到的熱導率差異不是很大。進一步提出,不同理論小組得到的熱導率存在很火差異的原因,可能與其模擬的碳管長度和對碳管截面積的定義不同有很大關系。
　　(4)第四章,使用非平衡分子動力學方法研究了石墨帶的熱導傳導性質(zhì)與其長度、寬度、以及軸向應變的關系。發(fā)現(xiàn)石墨帶具有非常大的聲子平均自由程以及很高的熱導率。并且,石墨帶的熱傳導性質(zhì)

4、對其邊界形狀非常敏感。對于鋸齒型石墨帶,其熱導率隨寬度的增加先增大后減小;而對于扶手椅型石墨帶,其熱導率單調(diào)地隨寬度增加而增大。進一步提出了邊界效應與聲子散射效應相互競爭的機制來解釋這一有趣的現(xiàn)象。同時,還研究了軸向應變對石墨帶熱傳導性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)無論是軸向壓應變還是拉應變都顯著地降低其熱導率。
　　(5)第五章,通過分子動力學方法研究了各種冰納米管的熱傳導性質(zhì),以及碳納米管的限制作用對其熱傳導性質(zhì)的影響。發(fā)現(xiàn)相比于塊體冰結構,

5、冰納米管具有異常高的熱導率和非常大的聲子平均自由程。這可能是由于其獨特的-維質(zhì)子有序結構引起的。此外,冰納米管的熱傳導性質(zhì)與溫度,管長,以及管徑密切相關,而與其本身的極化關系不大。并且碳納米管的限制作用能夠大大提高冰納米管的熱傳導性能。
　　(6)第六章,通過耦合原子鏈模型,提出了一個調(diào)控納米材料熱傳導性能的新方法:即通過與不同的基底耦合,材料的熱導率可以被顯著地減小或增大。通過雙壁碳納米管和冰納米管的實例,進一步證明了該方法在真