微尺度熱傳導(dǎo)的分子動(dòng)力學(xué)仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文將分子動(dòng)力學(xué)模擬與理論分析相結(jié)合,探討了體態(tài)材料及微尺度結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)中的幾個(gè)問題.以非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)薄膜模型為對(duì)象,分析了模擬區(qū)域大小、勢(shì)能截?cái)喟霃?、邊界條件等參數(shù)對(duì)模擬結(jié)果的影響.在此基礎(chǔ)上分別使用非平衡態(tài)、平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法模擬得到了理想氬晶體及含缺陷氬晶體的導(dǎo)熱系數(shù),結(jié)合Callaway理論模型的分析結(jié)果表明,由雜質(zhì)引起的晶格應(yīng)變是含雜質(zhì)晶體導(dǎo)熱系數(shù)下降的主要原因.使用平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法在300~1000 K溫度范圍內(nèi)得到

2、了理想硅晶體及含同位素雜質(zhì)硅晶體的導(dǎo)熱系數(shù).通過與試驗(yàn)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn),即使在材料Debye溫度以下,經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬方法仍然適用,目前所用的量子化修正方法并不能提高經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬的準(zhǔn)確性.使用非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)雙材料薄膜模型分別討論了原子質(zhì)量差異及勢(shì)阱常數(shù)差異對(duì)聲子界面?zhèn)鬏數(shù)挠绊?對(duì)聲學(xué)失配微觀修正模型進(jìn)行了入射角修正,修正后對(duì)原子質(zhì)量差異引起的界面能量反射系數(shù)的理論預(yù)測(cè)值同分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果非常吻合.模擬結(jié)果還表明,當(dāng)界面上異種

3、材料原子間作用勢(shì)勢(shì)阱常數(shù)ε<,12>比同種材料原子間的勢(shì)阱常數(shù)都小時(shí),界面熱阻同時(shí)取決于材料間的聲阻失配程度及ε<,12>的大小,否則界面熱阻將主要取決于聲阻的失配程度.對(duì)超晶格薄膜導(dǎo)熱系數(shù)的非平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明,在晶格匹配時(shí),超晶格薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)將在某個(gè)周期長(zhǎng)度處取得最小值,而在晶格失配時(shí),超晶格薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)將隨周期長(zhǎng)度的增加而單調(diào)上升.本文還采用分子動(dòng)力學(xué)方法初步探討了Kr/Ar超晶格納米線的導(dǎo)熱系數(shù),在Kr/Ar超晶格