納結(jié)構(gòu)界面熱導(dǎo)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、微尺度的熱輸運在微納器件的功能和微納器件設(shè)計可行性中扮演了重要的角色。自Richard Feynmann[1]發(fā)表了題為《There's plenty of room at the bottom》的報告,微納結(jié)構(gòu)的研究受到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。由于微納材料具有不同于常規(guī)材料的特殊性質(zhì),所以微納材料成了物理,生物,化學(xué)以及機械等學(xué)科研究的前沿和重點內(nèi)容。隨著科技的發(fā)展和計算機運行速度的提高,微納材料的眾多性質(zhì)已被發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于現(xiàn)實生活,即使如

2、此,人們對微納材料的認識依然處在初期階段。
  傳熱為微納器件研究的重點內(nèi)容之一,微納尺寸的傳熱遞已經(jīng)完全不同于宏觀狀態(tài)下的熱傳遞。當器件小于一定尺寸后,聲子輸運在能流中占據(jù)了主導(dǎo)地位,所以研究聲子性質(zhì)有助于探索發(fā)現(xiàn)微納器件傳熱的本質(zhì)并將其付諸實際應(yīng)用。然而,科學(xué)界對于聲子的研究并沒有完全一致的結(jié)論,所以研究聲子的方法與模型眾多。
  傳統(tǒng)熱輸運理論在研究微納結(jié)構(gòu)時遭遇了兩大瓶頸,一是當模擬尺寸達到納米量級時,傳統(tǒng)理論就會遭

3、遇尺寸限制,因此不能建立有效的力學(xué)模型;二是當溫度接近絕對溫度時,結(jié)構(gòu)熱輸運主要依靠聲子的傳播,傳統(tǒng)理論不能有效研究聲子在熱輸運中所起的作用,因此在低溫模型中,傳統(tǒng)理論的模擬結(jié)果會出現(xiàn)較大誤差。本文建立的晶格動力學(xué)模型,從原子間的作用關(guān)系入手,建立了有效的原子運動方程,以牛頓第二力學(xué)定律為基礎(chǔ),從量子力學(xué)角度研究聲子的性質(zhì),從而克服了模擬尺寸限制和溫度限制。傳統(tǒng)理論從器件熱端和冷端的溫度梯度來計算熱導(dǎo)系數(shù),可以對高溫部分進行有效模擬,但

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