單壁碳納米管及其填充水后導(dǎo)熱系數(shù)的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、隨著電子機(jī)械的特征尺寸逐漸縮小至微米/納米量級,器件的性能、穩(wěn)定性和壽命很大程度上取決于零件材料的熱傳輸效率。因此,探求具有優(yōu)異導(dǎo)熱性能的新型材料已迫在眉睫。自從1991年Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來,碳納米管引起了全世界科學(xué)家的關(guān)注。碳納米管的準(zhǔn)-維納米結(jié)構(gòu)使其具有獨(dú)特的一維導(dǎo)熱性能,其平行于軸線方向的導(dǎo)熱系數(shù)大到能與金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)相媲美。近年來有研究發(fā)現(xiàn),在直徑足夠大的單壁碳納米管中添加C60分子、氬原子、甲烷、氫氣等等可以形成一

2、種新的混合物。目前,人們逐漸關(guān)注這種新型混合物的導(dǎo)熱性能。 為了進(jìn)一步探討這種新型混合物的導(dǎo)熱性能,本文采用非平衡態(tài)分子動力學(xué)模擬(NEMD)方法,計(jì)算了填充水后(10,10)型單壁碳納米管在不同溫度和長度下的導(dǎo)熱系數(shù),研究了它隨溫度和碳管長度變化的情況,并將其與相應(yīng)空的純碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)作比較,分析在相同溫度下,填充水對碳納米管導(dǎo)熱系數(shù)的影響。 模擬結(jié)果表明,由于具有可減少聲子散射的近似完美的準(zhǔn)一維結(jié)構(gòu),碳納米管內(nèi)聲

3、子的平均自由程很長。在相同的溫度下,兩者的導(dǎo)熱系數(shù)均隨著碳管長度的增加而增大,這應(yīng)該是由于管長小于聲子的平均自由程時,聲子在碳納米管內(nèi)的輸運(yùn)是以彈道輸運(yùn)模式進(jìn)行。兩種情況下單壁碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)均隨著溫度的升高而下降。這是因?yàn)殡S著溫度的升高,碳原子和水分子的運(yùn)動加快,使得碳納米管的聲子的U散射增加,從而導(dǎo)致聲子的平均自由程的減少,降低了碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)。 同時模擬發(fā)現(xiàn),填充水后單壁碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)要高于相應(yīng)空的單壁碳納米管的