氬晶體熱傳導的分子動力學模擬和分析.pdf

1、熱電制冷具有結構小、無污染、冷卻速度快等優(yōu)點，常用于微制冷器等高技術領域。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用。熱電能量轉化裝置依賴于材料的熱電品質指數(shù)(ZT)，增加ZT的主要原因是降低熱導率。 本文對微尺度傳熱的研究現(xiàn)狀進行了總結，討論了分子動力學模擬方法的基本原理和詳細步驟。采用平衡態(tài)分子動力學方法(EMD)模擬雜質對固體氬熱傳導性能的影響。模擬結果顯示，比較固體氬中不同摻雜時導熱系數(shù)大小，發(fā)現(xiàn)同樣摻雜濃

2、度條件下，摻空穴時材料導熱系數(shù)比摻氪時低，說明摻雜時由于晶格不匹配引起的聲子散射比不同質量引起的散射更重要；比較在固體氬中添加空穴時，相同摻雜濃度下，隨機分布空穴比集中分布空穴時材料的導熱系數(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。 同時采用EMD方法模擬了單壁納米碳管的導熱系數(shù)，并研究了空穴和同

3、位素雜質對納米碳管導熱性能的影響。結果表明，空穴對聲子的散射要比同位素強的多，這導致了碳納米管的晶格熱傳導性能大大降低。在納米碳管中添加氬之后，比較其添加前后的導熱系數(shù)，發(fā)現(xiàn)填充Ar后的碳納米管的導熱系數(shù)隨溫度的變化關系同相應的未填充Ar的碳納米管的導熱系數(shù)隨溫度的變化關系相類似。但是，添加氬的納米碳管的導熱系數(shù)比相應的未填充Ar的碳納米管的導熱系數(shù)明顯高，這是因為C-Ar原子間的相互作用引起了熱傳導以及Ar原子在碳納米管內的活躍運動而