單壁碳納米管分子結(jié)導(dǎo)熱特性研究.pdf

1、碳納米管(CNTS)及其分子結(jié)是碳納米管電子元件及宏觀體材料的基本構(gòu)建模塊。單個(gè)的碳納米管具有超強(qiáng)的導(dǎo)熱性能,因此近年來(lái)關(guān)于碳納米管及其宏觀體材料導(dǎo)熱性能的研究得到了廣泛的關(guān)注。目前碳納米管宏觀體材料的導(dǎo)熱性能的研究表明其并未具有單個(gè)碳納米管具有的超強(qiáng)導(dǎo)熱性能,而碳納米管間通過(guò)C-C共價(jià)鍵形成的分子結(jié)連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱性能的微觀機(jī)理尚待進(jìn)一步地深入研究。碳納米管分子結(jié)的導(dǎo)熱性能研究是碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱性能研究不可缺少的基礎(chǔ)工作,同時(shí)

2、對(duì)于從微觀機(jī)理上分析碳納米管宏觀體材料的導(dǎo)熱性能也具有重要意義。
　　本文針對(duì)單壁碳納米管X型分子結(jié)的導(dǎo)熱性能進(jìn)行了研究,主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)對(duì)端固定-緩沖區(qū)方式的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率非平衡分子動(dòng)力學(xué)(NEMD)模擬方法進(jìn)行了研究,通過(guò)聲子態(tài)密度與熱導(dǎo)率計(jì)算,將其與非端固定模型的單壁碳納米管熱導(dǎo)率 NEMD模擬方法進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,采用端固定-緩沖區(qū)方式的單壁碳納米管熱導(dǎo)率計(jì)算模型的結(jié)果與采用周期性邊界的非端固

3、定模型的單壁碳納米管熱導(dǎo)率計(jì)算模型更為接近。同時(shí)針對(duì)單壁碳納米管的熱導(dǎo)率計(jì)算的量子修正方法進(jìn)行了探討。
　　(2)采用NEMD模擬方法計(jì)算了非正交擴(kuò)展X型分子結(jié)(EX型分子結(jié))的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率。研究發(fā)現(xiàn)不同于標(biāo)準(zhǔn)的X型分子結(jié),含有EX型分子結(jié)的單壁碳納米管的軸向溫度分布會(huì)出現(xiàn)兩次跳躍,并導(dǎo)致其熱導(dǎo)率比含有標(biāo)準(zhǔn)的X型分子結(jié)的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率下降得更多。量子修正結(jié)果表明單壁碳納米管X型分子結(jié)和EX型分子結(jié)的軸向熱阻隨溫度的升

4、高而降低;在400K溫度以上時(shí),帶有X型分子結(jié)和EX型分子結(jié)的單壁碳納米管的熱導(dǎo)率對(duì)溫度依賴性不敏感。
　　(3)建立了單壁碳納米管X型分子結(jié)和EX型分子結(jié)的管間熱導(dǎo)的計(jì)算模型,分析了交叉的單壁碳納米管通過(guò)燒結(jié)由X型分子結(jié)變化到EX型分子結(jié)的過(guò)程中,分子結(jié)的管間熱導(dǎo)及軸向熱阻隨管間連接鍵個(gè)數(shù)的變化。結(jié)果表明分子結(jié)的管間熱導(dǎo)隨管間連接鍵個(gè)數(shù)增加而增大;由于端固定方式會(huì)在EX型分子結(jié)的生成過(guò)程引入變形和缺陷,從而導(dǎo)致分子結(jié)的軸向熱阻在