二维异质结热输运的分子动力学研究

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1、学校代码10530学号201510121193分类号0469密级硕士学位论文二维异质结热输运的分子动力学研究学位申请人李莎指导教师丁建文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二〇一八年六月八日Moleculardynamicsstudyonheattransportof2DheterojunctionCandidateShaLiSupervisorProfessorJianwenDingCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramPhysicsSpecializationComputationalPhysicsDegr

2、eeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune8th,2018摘要最近，在实验上由单层二维材料制成的二维异质结已引起人们的特别关注。石墨烯等二维材料既可通过强化学键作用，形成层内二维异质结，也可由它们部分重叠，通过VanderWaals力形成层间二维异质结。这种新型二维异质结构，不同于传统异质结，它为新器件设计、人工物性裁剪提供了一个理想的平台。然而，随着器件尺寸越来越小，其热传输与热耗散问题制约了相关器件的发展和应用。自然地，这种新型二维异质结的界面结构对器件装置的热传输与热耗散的影响规律及其机制，引起了人们的极大关注。本论文中

3、我们基于石墨烯等二维材料构建了层内二维异质结和层间二维异质结模型，利用非平衡分子动力学的外加温度梯度法，探索研究了二维异质结的界面热输运特性和物理机制，初步获得一些有意义的结果。本论文的具体要点如下：1.介绍了纳米材料热输运的研究现状以及存在的问题，同时阐述了其应用前景和研究意义。2.阐述了分子动力学的发展历程以及其基本原理和方法，并对计算模拟时的具体条件和要求做了简单介绍。3.构建类石墨烯/石墨烯层内二维异质结模型，探索了异质结的热输运性质与二维材料的原子质量、原子间作用势的依赖关系，获得系列标度关系，揭示了二维异质结材料原子质量、原子间作用势对热输运性质的调控作用。此外，构建了二维异质

4、结实际器件模型，探索了材料原子质量、原子间作用势对其热输运性能的调控作用，评估了前面理论模型标度关系的有效性，为二维异质结构热输运性能评估提供一种有效方法。4.构建石墨烯VanderWaals力作用的层间二维异质结模型，研究了其热输运性能与二维异质结的几何结构参数的内在关联，获得界面热阻与异质结整体长度、重合长度等的依赖关系。所得结果为二维异质结器件设计及其热性能调控提供指导作用。5.最后，总结了强化学键作用形成的层内二维异质结和VanderWaals力作用形成的层间二维异质结热输运方面的特征，讨论了界面晶格畸变、重叠角度等影响二维异质结热输运的其他因素，并对未来工作提出展望。关键词：石墨

5、烯；界面热输运；界面热阻；二维异质结；分子动力学IAbstractRecently,two-dimensionalheterojunctionspreparedexperimentallyfromasinglelayeroftwo-dimensionalmaterialhaveattractedspecialattention.Thetwo-dimensionalmaterialssuchasgraphenecanformatwo-dimensionalheterojunctioninsidethelayerthroughstrongchemicalbonds,andtheycanalso

6、partiallyoverlap,formingatwo-dimensionalheterojunctionbetweenlayersthroughVanderWaalsforces.Thisnewtwo-dimensionalheterostructure,unliketraditionalheterojunctions,providesanidealplatformfornewdevicedesignandartificialphysicalcutting.However,asthedevicesizegetssmallerandsmaller,theheattransferandhe

7、atdissipationissuesconstrainthedevelopmentandapplicationofrelateddevices.Naturally,theinfluenceoftheinterfacestructureofthenoveltwo-dimensionalheterojunctionontheheattransferandheatdissipationofthedeviceaswellasi