Mg2Si納米薄膜的熱力學(xué)性能的分子動力學(xué)研究.pdf

1、熱電材料因?qū)Νh(huán)境友好又可實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換而引起關(guān)注，人們對熱電材料的研究也越來越多。Mg2Si是中溫區(qū)熱電材料一種，因其具有良好的熱穩(wěn)定性、原材料豐富且來源廣泛、熱電性能較好及價格經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點而獲得廣泛關(guān)注，這也使得Mg2Si有良好的應(yīng)用前景。低維化的納米薄膜材料與傳統(tǒng)的熱電材料相比熱電性能高，熱電性能對評價能量轉(zhuǎn)換具有重要意義。在實際應(yīng)用中熱電薄膜會受到熱循環(huán)應(yīng)力作用，而力學(xué)性能對評價器件服役行為具有重要意義。所以本文針對Mg2Si納米薄膜

2、的熱學(xué)和力學(xué)性能展開研究，可以為Mg2Si熱電器件的設(shè)計應(yīng)用提供理論指導(dǎo)，也對開發(fā)高性能的熱電材料具有重要意義。
　　針對于研究對象的納米尺度，分子動力學(xué)模擬方法與實驗相比有很大的優(yōu)勢。所以本文采用分子動力學(xué)的模擬方法，對Mg2Si塊體和納米薄膜材料的力學(xué)性能和熱學(xué)性能進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。
　　首先，根據(jù)Mg2Si的結(jié)構(gòu)等選擇Morse勢和鍵角勢作為模擬時所用的勢函數(shù)。通過平衡態(tài)模擬，得到的結(jié)果是所有原子在平衡位置做熱振動

3、、系統(tǒng)總能不變。結(jié)果表明選用勢函數(shù)可以較好描述Mg2Si的材料特性，建立的模型及作用力的計算正確。
　　然后，對Mg2Si塊體和納米薄膜進(jìn)行拉伸模擬。統(tǒng)計各種情況下的應(yīng)力應(yīng)變及極限應(yīng)力的變化情況。研究表明，Mg2Si塊體模型隨溫度升高，其力學(xué)性能下降；Mg2Si納米薄膜材料的力學(xué)性能隨溫度升高、薄膜厚度減小、Mg原子缺位率升高而下降；相同溫度下納米薄膜與塊體相比，納米薄膜的力學(xué)性能略低，可見低維化會降低材料的力學(xué)性能。
　　

4、最后采用均相非平衡態(tài)模擬方法對Mg2Si塊體和納米薄膜模型進(jìn)行熱傳導(dǎo)模擬。研究表明，塊體模型隨溫度升高，其熱導(dǎo)率下降；納米薄膜模型隨溫度升高、薄膜厚度減小、Mg原子缺位率升高，其熱導(dǎo)率下降；其中溫度對熱導(dǎo)率的影響較??；相同溫度下對塊體和納米薄膜模擬結(jié)果進(jìn)行比較，得知熱電材料的低維化處理確實可以有效降低熱導(dǎo)率，提高熱學(xué)性能。
　　通過模擬實驗得出的相應(yīng)結(jié)論，可以為Mg2Si熱電材料的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。Mg2Si納米薄膜熱電器件制作和