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论文题目：超晶格材料导热特性的分子动力学研究(含答辩ppt)

论文编号： lw200708171144324959

论文属性：硕士毕业论文

论文国籍：

论文语言：中文

登出日期： 2007-08-17

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论文字数：22363

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超晶格材料导热特性的分子动力学研究
中文摘要
周期性材料是一种由两种或多种分子按照周期性结构排列而形成的复合材料，在计算机芯片，MEMS，纳米材料制造，航空航天等领域有着广泛的应用。由于在很多情况下，热问题一直是这些技术发展的瓶颈问题，因此这种材料热物性的研究已成为当前的一个重要研究课题。
近年来，实验和理论研究发现超晶格材料的平面方向和法向热导率比一般的块状材料小1到2个数量级。但是，由于对超晶格导热微观内部机制研究的困难性，这些研究目前尚未充分，超晶格界面对平面方向和法向热导率的影响趋势和大小还不是特别清楚。
本文首先用非平衡分子动力学方法计算和讨论了交界面对于虚拟超晶格材料平面方向热导率的影响。在研究中作者发现，超晶格材料的两种原子的LJ平衡常数和质量的稍微不同将导致材料平行方向的热导率的明显下降。对其内部热流分布的研究表明，超晶格内部界面阻碍热流由低热导率材料向高热导率材料的流动是导致其平面方向热导率的下降的一个重要原因。本文同时用分子动力学模拟讨论了虚拟超晶格材料的法向热导率。研究中发现超晶格材料的法向热导率比普通块状材料的串联结构小，说明超晶格的导热系数不能当作一般的串联材料处理。而且对于超薄的超晶格材料，其热导率随单层的厚度的减小而降低。
为和真实的超晶格材料进行对比，本文还对Si/Ge超晶格材料的平面方向和法向热导率进行了分子动力学模拟研究。在研究中发现这两项比一般的块状材料小1到2个数量级，这点和实验中发现的现象一致。并且当单层厚度非常薄时，法向热导率随单层厚度的减小而降低，其趋势和数值与BTE方程求解的结果以及实验外推曲线吻合。造成超晶格材料平面方向和法向热导率比一般块状材料小的原因主要有(1)超晶格界面对声子的镜面反射、漫反射和透射率的变化；(2)超晶格界面和边界对声子的限制作用，导致的声子群速度降低（或声子平均自由程的降低）；(3)界面对高频声子的选择性透射；(4)声子的小反转散射作用。
关键词：超晶格，热导率，分子动力学
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