納米線中點缺陷擴散與聲子調(diào)控.pdf

1、納米線是構(gòu)建微納機電系統(tǒng)（MEMS/NEMS）、新型能量收集、轉(zhuǎn)換和存儲系統(tǒng)，以及納尺度超敏傳感器件的重要材料。納米線的力學、電學、熱學等性能直接決定了它們所在器件的性能能否達到實際應用要求。人們已經(jīng)進行了大量納米線的制備和性能表征研究但其理論還主要基于完美單晶結(jié)構(gòu)。實際應用的納米線結(jié)構(gòu)是處在一個非常復雜的多場環(huán)境中，它們之間可能相互耦合；同時，實際中制備的一維納米結(jié)構(gòu)通常也并非完美，普遍存在各種各樣的缺陷（比如點缺陷、位錯等等）。對于

2、納米結(jié)構(gòu)的多場耦合效應以及含缺陷結(jié)構(gòu)的一些非常規(guī)動力學響應，相關(guān)研究則略顯落后，而這些問題都是實際研究中非常重要且無法回避的問題。本論文通過分子動力學、有限元和理論建模方法研究了納米線點缺陷擴散導致的特殊力學響應，聲子擴散過程調(diào)制帶來的熱電增強等問題。論文的主要貢獻有以下三點:
　　1）發(fā)現(xiàn)了含點缺陷的ZnO納米線的超強滯彈性力學響應特性?；诶碚撏茖Ш陀邢拊治?，提出了對應的擴散連續(xù)介質(zhì)模型，揭示出這種超強滯彈性力學行為是由應力

3、梯度導致納米線內(nèi)點缺陷長程擴散引起的。納米線的力學性能隨點缺陷的擴散而發(fā)生變化，進而呈現(xiàn)出較強的滯彈性現(xiàn)象。相關(guān)實驗驗證了該理論模型的預測結(jié)果。同時，根據(jù)該模型將傳統(tǒng)的Gorsky遲豫理論擴展到包含多種點缺陷的非線性滯彈性理論。
　　2）揭示了納米線力學響應行為與材料性能參數(shù)的關(guān)系。通過建立和求解耦合點缺陷擴散方程和納米線的振動方程，論文系統(tǒng)地研究了納米線尺寸與楊氏模量、密度、點缺陷的擴散系數(shù)等性能參數(shù)的關(guān)系及其對納米線力學響應行

4、為的影響。解釋了納米線彎曲釋放后發(fā)生振動或緩慢恢復到伸直平衡位置的不同機理和控制因素，進而定量的研究了納米線振動受其中點缺陷擴散耦合后的阻尼效應。我們的分子動力學模擬計算驗證了該理論模型結(jié)果。
　　3）闡明了表面周期結(jié)構(gòu)對納米線聲子擴散的限制及對熱電性能的增益。受實驗合成的念珠狀納米線啟示，通過系統(tǒng)的非平衡分子動力學計算模擬發(fā)現(xiàn)了念珠狀的納米線具有較強的聲子局域化效應，使其具有比光滑納米線更低的熱導率。進而提出了一個簡化的聲子散射