固-液薄膜和硼納米管熱傳導的分子動力學模擬.pdf

1、由于一些微小器件的尺寸與聲子平均自由程、聲子波長等已經(jīng)達到相近的地步，所以體態(tài)熱傳導理論在微尺度下已經(jīng)不再能夠準確的描述熱物理轉(zhuǎn)化過程，全面了解系統(tǒng)在特定尺度內(nèi)的微機電性質(zhì)及材料的熱物性、熱行為等已經(jīng)成為迫在眉睫的任務。本文采用分子動力學模擬與理論分析相結(jié)合起來，討論以下兩個問題。 采用非平衡態(tài)分子動力學方法模擬固－液－固薄膜熱傳導情況。研究液體薄膜長度以及液體勢阱常數(shù)變化對整體導熱系數(shù)的影響。模擬結(jié)果顯示，隨著薄膜長度的增加，

2、導熱系數(shù)是呈階梯狀下降。當模擬區(qū)域長度增加，界面效應影響越來越差，聲子模式的失配越來越嚴重，導致聲子在界面上的傳輸系數(shù)逐漸減小，平均界面熱阻增加，導熱系數(shù)也越來越小，而下降幅度不同可能源于液體粒子無序性的程度不同；而當液體薄膜勢阱常數(shù)增加時，界面耦合系數(shù)增加，界面熱阻降低，聲子更容易穿越界面，導熱系數(shù)升高。 以（6，6）扶手椅型硼納米管為研究對象，采用分子動力學直接法，模擬500K時硼納米管在不同長度下的導熱系數(shù)值，并通過外推法

3、求解出無限長體系下硼納米管的導熱系數(shù)，以及不同溫度下，硼納米管的導熱系數(shù)變化情況。模擬結(jié)果表明，（6，6）硼納米管具有較高的導熱系數(shù)；導熱系數(shù)隨著硼納米管長度的增加而逐漸增大；在無限長的體系下，導熱系數(shù)可達到4960．7 w/mk。經(jīng)過分析，產(chǎn)生較高導熱系數(shù)可能是由于硼管內(nèi)無邊界散射和存在強硬的σ鍵。當長度不變時，模擬不同溫度時，硼納米管導熱系數(shù)先升高后降低。溫度較低時，平均自由程接近常數(shù)，導熱系數(shù)與比熱有關，隨溫度逐漸增高，比熱是常數(shù)