摻雜石墨烯熱傳導(dǎo)行為的研究.pdf

1、純凈的石墨烯具有很高的熱傳導(dǎo)系數(shù)。它作為高效傳熱介質(zhì)在大規(guī)模集成電路芯片中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，化學(xué)沉積法制備石墨烯可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但制備過程不可避免會引入同位素雜質(zhì)13C，這會改變石墨稀的熱輸運性質(zhì)。本文利用分子動力學(xué)模擬研究了含有13C的扶手型石墨烯的聲子熱傳導(dǎo)行為，探索導(dǎo)致熱傳導(dǎo)系數(shù)下降的微觀機制。主要內(nèi)容包括以下兩個工作:其一，計算了具有不同13C濃度的扶手型石墨烯的熱傳導(dǎo)系數(shù)，并通過局域動能激發(fā)的傳播過程，分析了雜質(zhì)13

2、C影響熱傳導(dǎo)行為的微觀機制;其二，通過不同方向的局域動量激發(fā)的傳播過程，進一步細(xì)致地研究了雜質(zhì)13C對不同能量傳輸模式的影響。
　　本文具體分為以下五章:第一章對石墨烯材料進行了一般性的介紹。第二章對研究中使用的分子動力學(xué)軟件LAMMPS、模擬方法以及Tersoff勢進行介紹。第三章討論了石墨烯聲子熱傳導(dǎo)的一般性理論以及目前最新的實驗和理論工作;并展示了通過局域動能激發(fā)發(fā)現(xiàn)的四種能量傳輸模式:徑向聲學(xué)聲子模式(LA)、橫向聲學(xué)聲子

3、模式(TA)、Z方向聲學(xué)聲子模式(ZA)以及第二聲波(SW)。第四章研究了同位素雜質(zhì)13C對石墨烯熱傳導(dǎo)的影響。通過計算，發(fā)現(xiàn)熱傳導(dǎo)系數(shù)隨著雜質(zhì)13C濃度的增加而減小;然后研究了不同13C濃度對局域動能激發(fā)傳播過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著13C濃度的增加，熱傳導(dǎo)系數(shù)下降的微觀機制由雜質(zhì)散射引起的自由程變小轉(zhuǎn)變?yōu)槁曌泳钟蚧Ｗ詈螅謩e研究了雜質(zhì)13C對不同能量傳輸模式的影響，發(fā)現(xiàn)隨著雜質(zhì)濃度增加，四種能量傳輸模式攜帶能量都單調(diào)減少，即散射強度增加