氬晶體熱傳導(dǎo)的分子動(dòng)力學(xué)模擬和分析.pdf

1、熱電制冷具有結(jié)構(gòu)小、無污染、冷卻速度快等優(yōu)點(diǎn)，常用于微制冷器等高技術(shù)領(lǐng)域。然而由于現(xiàn)在的熱電制冷效率比較低，限制了熱電制冷器的應(yīng)用。熱電能量轉(zhuǎn)化裝置依賴于材料的熱電品質(zhì)指數(shù)(ZT)，增加ZT的主要原因是降低熱導(dǎo)率。 本文對微尺度傳熱的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)，討論了分子動(dòng)力學(xué)模擬方法的基本原理和詳細(xì)步驟。采用平衡態(tài)分子動(dòng)力學(xué)方法(EMD)模擬雜質(zhì)對固體氬熱傳導(dǎo)性能的影響。模擬結(jié)果顯示，比較固體氬中不同摻雜時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)大小，發(fā)現(xiàn)同樣摻雜濃

2、度條件下，摻空穴時(shí)材料導(dǎo)熱系數(shù)比摻氪時(shí)低，說明摻雜時(shí)由于晶格不匹配引起的聲子散射比不同質(zhì)量引起的散射更重要；比較在固體氬中添加空穴時(shí)，相同摻雜濃度下，隨機(jī)分布空穴比集中分布空穴時(shí)材料的導(dǎo)熱系數(shù)要低，說明集中分布空穴散射了中長波長范圍的聲子，而隨機(jī)分布空穴散射了短波長范圍的聲子，且聲子散射的光譜范圍較大，短波長或Brillouin區(qū)域邊緣聲子散射比中長波聲子更有效。 同時(shí)采用EMD方法模擬了單壁納米碳管的導(dǎo)熱系數(shù)，并研究了空穴和同

3、位素雜質(zhì)對納米碳管導(dǎo)熱性能的影響。結(jié)果表明，空穴對聲子的散射要比同位素強(qiáng)的多，這導(dǎo)致了碳納米管的晶格熱傳導(dǎo)性能大大降低。在納米碳管中添加氬之后，比較其添加前后的導(dǎo)熱系數(shù)，發(fā)現(xiàn)填充Ar后的碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系同相應(yīng)的未填充Ar的碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系相類似。但是，添加氬的納米碳管的導(dǎo)熱系數(shù)比相應(yīng)的未填充Ar的碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)明顯高，這是因?yàn)镃-Ar原子間的相互作用引起了熱傳導(dǎo)以及Ar原子在碳納米管內(nèi)的活躍運(yùn)動(dòng)而