氮化硼熱導率的分子動力學模擬.pdf

1、氮化硼與石墨烯有著相似的晶格結(jié)構(gòu)，具有獨特的物理和化學性能，是一種優(yōu)良的熱學材料。雖然氮化硼的熱導率低于石墨烯，但是卻遠遠高于其他金屬和非金屬材料，由氮化硼與石墨烯相結(jié)合的熱電器件受到了越來越廣泛的關注。
　　本文采用非平衡態(tài)分子動力學模擬計算了單層和多層氮化硼(BN)的熱導率。單層氮化硼(SLBN)的熱導率受到自身結(jié)構(gòu)和多種外在因素的影響。氮化硼納米帶具有鋸齒型(Z-BNNRs)和扶手椅型(A-BNNRs)兩種手性，聲子在前者的

2、傳播速度高于后者導致前者的熱導率高于后者將近20％。受到邊界散射的影響，氮化硼納米帶(BNNRs)的熱導率大大低于氮化硼薄膜(h-BN)的熱導率。隨著溫度的升高，氮化硼內(nèi)部的聲子群速度降低，熱導率也逐漸減小。同位素摻雜的氮化硼薄膜隨著摻雜濃度的增加，熱導率先是減小然后增加，在摻雜濃度為50％時，熱導率達到最小。隨著溫度的增加，不同摻雜濃度的熱導率越來越接近，這是由于高溫時高頻聲子數(shù)目增加使得聲子U散射更為顯著，超過了雜質(zhì)散射對熱導率的影

3、響。帶有晶格缺陷的氮化硼薄膜的熱導率大大地降低，并且隨著缺陷濃度的增加，熱導率不斷減小，在空穴濃度到達一定的比例后，溫度對氮化硼薄膜熱導率的影響幾乎可以忽略不計，說明晶格缺陷引起的熱導率的變化超過了溫度對熱導率的影響。氮化硼薄膜熱導率隨著熱流方向尺寸的增加逐漸增大并逐漸趨于收斂，在常溫下單層氮化硼薄膜面向熱導率高達606Wm-1K-1。
　　多層氮化硼(MLBN)是由單層氮化硼(SLBN)通過層間的范德華力(van der Waa

4、lsforces)堆疊在一起的，其面向熱導率相對于單層氮化硼并沒有明顯變化，當層間的相互作用力增強時，多層氮化硼的熱導率下降;氮化硼的法向熱導率隨著層數(shù)的增加逐漸增加，其界面熱阻在層數(shù)較少時不能忽略，隨著層數(shù)的增加，其界面熱阻值不斷減小直至收斂;多層氮化硼/石墨烯堆疊結(jié)構(gòu)的熱導率在石墨烯和氮化硼熱導率的平均值以下，說明了層間作用力起到了減小熱導率的作用;氮化硼/石墨烯的超晶格結(jié)構(gòu)，其法向熱導率隨著晶格周期長度的增加先減小后增加。其變化趨