氣體導(dǎo)熱微尺度效應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、隨著微電子技術(shù)以及微機(jī)械加工工藝的快速發(fā)展，常用的電子器件例如傳感器等開始向著微小型化發(fā)展。其中皮拉尼真空傳感器，其原理是依靠不同壓強(qiáng)下氣體的導(dǎo)熱量不同來測量氣壓的，廣泛應(yīng)用于測量真空的系統(tǒng)以及設(shè)備中，但氣體在皮拉尼真空傳感器中的導(dǎo)熱規(guī)律尚不明確。分子動(dòng)力學(xué)方法是一種在粒子領(lǐng)域，通過模擬系統(tǒng)中粒子的運(yùn)動(dòng)來計(jì)算系統(tǒng)的物理量的常用方法，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在微納米尺度物質(zhì)的熱物性研究。平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法以及非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法大規(guī)模用于模擬

2、固體材料和流體的導(dǎo)熱特性，以及求解相關(guān)物理量。本文采用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)微導(dǎo)熱間隙內(nèi)氣體的熱導(dǎo)率進(jìn)行模擬計(jì)算，分析與其相關(guān)的影響因素及關(guān)系，進(jìn)而在設(shè)計(jì)皮拉尼真空傳感器時(shí)進(jìn)行理論指導(dǎo)。
　　本文闡述了分子動(dòng)力學(xué)方法的理論基礎(chǔ)和模擬方法，根據(jù)皮拉尼真空傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了氮?dú)夂脱鯕庠谖?dǎo)熱間隙內(nèi)的導(dǎo)熱計(jì)算模型，運(yùn)用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法，Lennard-Jones作用勢，編寫了適用于LAMMPS軟件的熱導(dǎo)率計(jì)算程序，并計(jì)算了

3、不同導(dǎo)熱間隙尺寸、不同溫度以及不同壓強(qiáng)下氧氣和氮?dú)獾臒釋?dǎo)率。
　　根據(jù)皮拉尼真空傳感器的應(yīng)用范圍以及實(shí)際計(jì)算能力，本文模擬計(jì)算的溫度范圍為300K至700K，導(dǎo)熱間隙尺寸范圍在17nm至102nm，模擬得到了微導(dǎo)熱間隙內(nèi)氣體的熱導(dǎo)率與其影響因素的關(guān)系。結(jié)果表明，微導(dǎo)熱間隙內(nèi)氣體的熱導(dǎo)率明顯小于宏觀條件下氣體的熱導(dǎo)率，氣體的熱導(dǎo)率隨著溫度的升高而增大，與宏觀條件下氣體的熱導(dǎo)率隨溫度變化的變化趨勢一致;微導(dǎo)熱間隙尺寸越小，氣體的熱導(dǎo)率