吸附修飾型雙層石墨烯熱整流特性研究.pdf

1、信息化時(shí)代的到來(lái)，使得微光電子技術(shù)得到快速發(fā)展。由于器件的小型化和集成化，微光機(jī)電系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性和工況下的可靠性由熱量轉(zhuǎn)移效率來(lái)保證，微尺度納米材料優(yōu)異的熱傳導(dǎo)特性能夠幫助解決微納米器件的散熱問(wèn)題。自石墨烯制備以來(lái)，因其優(yōu)秀的電學(xué)、機(jī)械、熱學(xué)等特性而受到廣泛關(guān)注，在熱能管理、熱電發(fā)電、微型傳感器等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。在熱學(xué)方面，石墨烯的可裁剪特性為低維系統(tǒng)熱傳導(dǎo)機(jī)制的理論研究提供了真實(shí)模型，使得石墨烯成為構(gòu)建不同的熱控制器件的理想載

2、體。通過(guò)對(duì)石墨烯熱傳導(dǎo)特性的計(jì)算機(jī)模擬，研究者們發(fā)現(xiàn)在非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的石墨烯中存在熱整流效應(yīng)，石墨烯熱整流現(xiàn)象成為一個(gè)重要研究課題，熱整流元器件可以對(duì)熱量進(jìn)行控制和管理，從而實(shí)現(xiàn)熱量的有效利用。表面吸附作為一種調(diào)控石墨烯聲子的手段，進(jìn)而對(duì)石墨烯的熱特性進(jìn)行調(diào)控，已引起理論研究方面越來(lái)越多的重視。本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究雙層石墨烯納米帶，重點(diǎn)闡述了如何利用吸附修飾下的雙層石墨烯納米帶構(gòu)建熱學(xué)基本元器件—熱整流器。主要工作如下:
　

3、　(1)構(gòu)建了銅吸附雙層石墨烯納米帶不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，研究了扶手型雙層石墨烯納米帶在銅原子吸附濃度，吸附形狀以及模擬溫度下的熱導(dǎo)率及熱整流值的變化規(guī)律。研究表明:少量銅原子吸附，雙層石墨烯納米帶熱導(dǎo)率在增大，當(dāng)Cu/C大于0.24％時(shí)，熱導(dǎo)率減小的很明顯。溫度的升高使得銅吸附雙層石墨烯納米帶熱導(dǎo)率逐漸減小，并且銅原子T形吸附雙層石墨烯納米帶熱導(dǎo)率整體大于銅原子Y形吸附雙層石墨烯納米帶熱導(dǎo)率。銅原子Y形吸附雙層石墨烯熱整流值隨著溫度的增加有減小

4、的趨勢(shì)，并且熱整流效果好于銅原子T形吸附雙層石墨烯納米帶。
　　(2)構(gòu)建了氫原子吸附雙層石墨烯納米帶不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，研究了鋸齒型雙層石墨烯納米帶在氫原子附著率，模擬溫度下的熱導(dǎo)率及熱整流值的變化規(guī)律。研究表明:當(dāng)氫原子垂直于熱流的方向吸附在雙層石墨烯表面時(shí)，熱導(dǎo)率值小于完美雙層石墨烯，在氫原子附著率為2.5％時(shí)，熱導(dǎo)率下降了60％。氫原子附著率為50％時(shí)，雙層石墨烯熱整流值隨著溫度的增加而逐漸減小。隨著氫原子附著率的變化，雙層石墨烯

5、熱整流值在50％附著率下達(dá)到最大值。
　　(3)構(gòu)建了官能基吸附雙層石墨烯納米帶不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，研究了扶手型雙層石墨烯納米帶在不同的官能基，官能基附著率以及模擬溫度下熱導(dǎo)率及熱整流值的變化規(guī)律。研究表明:吸附官能基能夠有效地降低雙層石墨烯納米帶熱導(dǎo)率，隨著甲基附著率從0％增加到5％，雙層石墨烯熱導(dǎo)率值減小的很明顯，之后熱導(dǎo)率值減小的趨勢(shì)放緩。在相同模擬溫度下，甲基吸附雙層石墨烯的熱導(dǎo)率值大于苯環(huán)吸附雙層石墨烯，但苯環(huán)吸附下雙層石墨烯的