納結(jié)構(gòu)界面熱導(dǎo)研究.pdf

1、微尺度的熱輸運(yùn)在微納器件的功能和微納器件設(shè)計(jì)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(bào)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(jī)械等學(xué)科研究的前沿和重點(diǎn)內(nèi)容。隨著科技的發(fā)展和計(jì)算機(jī)運(yùn)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(shí)生活，即使如

2、此，人們對(duì)微納材料的認(rèn)識(shí)依然處在初期階段。
　　傳熱為微納器件研究的重點(diǎn)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(dāng)器件小于一定尺寸后，聲子輸運(yùn)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(shí)際應(yīng)用。然而，科學(xué)界對(duì)于聲子的研究并沒(méi)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(yùn)理論在研究微納結(jié)構(gòu)時(shí)遭遇了兩大瓶頸，一是當(dāng)模擬尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，傳統(tǒng)理論就會(huì)遭

3、遇尺寸限制，因此不能建立有效的力學(xué)模型;二是當(dāng)溫度接近絕對(duì)溫度時(shí)，結(jié)構(gòu)熱輸運(yùn)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(yùn)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(huì)出現(xiàn)較大誤差。本文建立的晶格動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(lái)計(jì)算熱導(dǎo)系數(shù)，可以對(duì)高溫部分進(jìn)行有效模擬，但