摻雜石墨烯熱傳導行為的研究.pdf

1、純凈的石墨烯具有很高的熱傳導系數(shù)。它作為高效傳熱介質在大規(guī)模集成電路芯片中具有廣闊的應用前景。目前，化學沉積法制備石墨烯可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但制備過程不可避免會引入同位素雜質13C，這會改變石墨稀的熱輸運性質。本文利用分子動力學模擬研究了含有13C的扶手型石墨烯的聲子熱傳導行為，探索導致熱傳導系數(shù)下降的微觀機制。主要內(nèi)容包括以下兩個工作:其一，計算了具有不同13C濃度的扶手型石墨烯的熱傳導系數(shù)，并通過局域動能激發(fā)的傳播過程，分析了雜質13

2、C影響熱傳導行為的微觀機制;其二，通過不同方向的局域動量激發(fā)的傳播過程，進一步細致地研究了雜質13C對不同能量傳輸模式的影響。
　　本文具體分為以下五章:第一章對石墨烯材料進行了一般性的介紹。第二章對研究中使用的分子動力學軟件LAMMPS、模擬方法以及Tersoff勢進行介紹。第三章討論了石墨烯聲子熱傳導的一般性理論以及目前最新的實驗和理論工作;并展示了通過局域動能激發(fā)發(fā)現(xiàn)的四種能量傳輸模式:徑向聲學聲子模式(LA)、橫向聲學聲子

3、模式(TA)、Z方向聲學聲子模式(ZA)以及第二聲波(SW)。第四章研究了同位素雜質13C對石墨烯熱傳導的影響。通過計算，發(fā)現(xiàn)熱傳導系數(shù)隨著雜質13C濃度的增加而減小;然后研究了不同13C濃度對局域動能激發(fā)傳播過程的影響，發(fā)現(xiàn)隨著13C濃度的增加，熱傳導系數(shù)下降的微觀機制由雜質散射引起的自由程變小轉變?yōu)槁曌泳钟蚧?。最后，分別研究了雜質13C對不同能量傳輸模式的影響，發(fā)現(xiàn)隨著雜質濃度增加，四種能量傳輸模式攜帶能量都單調(diào)減少，即散射強度增加