纳米薄膜导热系数的分子动力学模拟

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1、摘要纳米薄膜导热系数的分子动力学模拟材料加工工程徐跃飞指导教师廖恒成东南大学材料科学与工程学院本文阐述了材料微型化的进程，结合应用实例介绍了热电制冷原理，对微尺度传热的研究现状进行了分类和概括。讨论了分子动力学模拟方法的基本原理和详细步骤，对各种分子动力学模拟方法的分类和运用场合进行了说明，建立了导热系数的分子动力学模拟模型。在此基础上，以纳米薄膜模型为研究对象，通过非平衡态分子动力学模拟，分析了截面大小、势能截断半径、边界条件等参数对模拟结果的影响。使用非平衡态分子动力学模拟方法得到了理想氩晶体

2、纳米薄膜及含缺陷氩晶体纳米薄膜的法向和面向导热系数。模拟结果表明：体系平均温度T

3、和掺杂浓度对法向导热系数存在显著的影响。在同一掺杂浓度下，隧体系L的升高，法向导热系数下降。较低温度下，箍掺杂浓度升高，法向导热系数下降，但在较高温度Ta(60k,40k)下，掺杂浓度对导热系数影响很小，此时，声子问的U散射是纳米薄膜热阻产生的主要原因。比较氩晶体纳米薄膜中不同掺杂时导热系数大小，发现同样掺杂浓度条件下，掺空穴时材料导热系数比掺氪时低，说明掺杂时由于晶格不匹配引起的声子散射比不同质量引起的散射更重要。

4、面向导热系数的模拟结果表明，面向导热系数随膜厚不断增加，趋向于一定值，具有显著的尺寸效应，且所选取的模拟单元截面的大小对模拟结果也会产生一定的影响。同法向导热系数相似，随体系Ta温度升高和掺杂浓度的升高。纳米薄膜面向导热系数降低，其机理与法向导热系数相同。结合Callaway理论模型的分析结果表明，由杂质引起的晶格畸变是含杂质晶体纳米薄膜导热系数下降的主要原因。关键诃：纳米薄膜热传导分子动力学模拟导热系数ABSTRACTMoleculerdynamicssimulationofthermalcon

5、ductivityofnano-filmsXuYuefeiSupervisor：LiaoHcngchangSchoolofMaterialScienceandEngineering,Somheas=tUniversityInthispresentdissertation,theprocessofmaterialmicromation,principleofthermoelectricitycoolingandn：c伽devolpmentofresearchOnmic-scalethermaltra

6、nsportareelucidated．andthebasictheoryanddetailedstepsofmoleculardynamicssimulationandclassification∞dapplicationconditionsofi乜approachesarediscussed．AndOnthebasisofthem,amoleculardynamicsmodelofthermalconductivityofrlanOfilmswasconstructed．Effectsofcr

7、osssectionalareaofthemodelingvolume,cutoffradiusofpotentialener野andboundarycondidonofthemodelOffmoleculardynamics(MDOresultswereinvestigatedbynonequilihriummoleculardynamicsmodel．ThethermalconductiviticsORtheoUt-ofplamoralongplaneofargoncrystalllanofi

8、lms,kor名respectively,withandwithoutdopanffcavity,weregotbynon-cquilibriummoleculardynamics(NEMD)simulation．R咧Itsshowthatdolmnt／cavitycontents越ldaveragetempomureofsystemmodeled,Lhaveexisteda掣e越influenceOnthethermalconductivilykofargoncrystaln锄ofilms，de

9、creasingwithTIandincreasingwiththedopant／cavitycontentsatlowaveragetemperatureofsystem．However．dopanffcavitycontentshavelittleinfluenceataKgherTa(fog,40K),duetothethermalresistancedominantbyscatteringofphononsinthenano-filmsofargoncrystal．Thet