二维硅声子晶体热输运性质的研究

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1、学校代码10530学号201510121188分类号O469密级硕士学位论文二维硅声子晶体热输运性质的研究学位申请人巨芝芳指导教师谢国锋教授学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算物理学二〇一八年五月二十日ThermaltransportpropertiesofTwo-dimensionalsiliconphononiccrystalCandidateZhifangJuSupervisorProfessorGuofengXieCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramPhysicsSpecia

2、lizationComputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay20,2018摘要世界范围内的能源危机已成为当代人们面临的严峻问题之一，热电材料能够将生产生活中的废热直接转化为有用的电能，为缓解能源危机这一诉求提供了可能。热电优值（대대）这一参数，成为了衡量热电性能的重要标准，热电优值越高，热电性能越好。实验表明通过降低热导率成为提高材料热电优值的有效手段。二维硅薄膜声子晶体具有很低的热导率和较高的热电优值，吸引了人们广泛的研究兴趣。本文在近

3、迟豫时间近似下采用声子波尔兹曼输运方程的方法研究二维硅声子晶体的热输运特性。工作在高温环境下的热电器件，相干声子的干涉效应受到强烈抑制，因此非相干的声子输运机制对于调控热导率来说就变得尤为重要。然而，现有的非相干声子模型在很大程度上高估了二维硅声子晶体的热导率，因此超低热导率机制尚未得到揭示。本论文基于纳米结构表面的键序缺陷，引入声子散射过程为实验数据构建了模型。我们将具有强烈频率依赖性的声子-表面键序缺陷散射率纳入声子玻尔兹曼输运方程，理论计算重现了二维硅声子晶体的超低热导率实验值，揭示热导率的显着降低，既源于经典边界散射对低频声子的阻碍，又源于表面键序

4、缺陷散射对高频声子的严重抑制。我们的理论不但揭示了多孔表面对声子输运的作用机制，同时也提供了纳米结构热导改性的计算工具。关键词：声子晶体；热导率；非相干性；声子玻尔兹曼输运方程；键序缺陷IIAbstractWorldwideenergycrisishasbecomeoneofseriousproblemstothecontemporarypeople.Theemergenceofthermoelectricmaterialswhichcanconvertwasteheatdirectlyintousefulelectricalenergyprovidest

5、hepossibilityofalleviatingtheenergycrisis.Theefficiencyoftheenergyconversionforpowergenerationdependsonthethermoelectricfigureofmerit（대대）.ThehigherZT,thebetterthermoelectricperformance.AneffectiveapproachtoimproveZTisreducingthethermalconductivity.Two-dimensionalsiliconphono

6、niccrystals(2DSiPnCs)haveattractedextensiveresearchinterestforthermoelectricapplicationsduetotheirreproduciblelowthermalconductivityandsufficientlygoodelectricalproperties.Inthiswork,weinvestigatethethermaltransportpropertiesof2DSiPnCsbythephononBoltzmanntransportequationwithinthe

7、relaxationtimeapproximation.Forthermoelectricdevicesinhigh-temperatureenvironment,thecoherentphononinterferenceisstronglysuppressed,thereforephonontransportintheincoherentregimeiscriticallyimportantformanipulatingtheirthermalconductivity.However,existingincoherentphononmodelslarge

8、lyoverestimatethethermalconductiv