用分子动力学方法预测硅纳米薄膜的热导率

采用非平衡分子动力学方法,基于优化的集成势函数COMPASS力场,预测了室温下(300K)硅纳米薄膜的热导率.模拟结果表明:厚度约4~10nm的硅薄膜的热导率在3.06~7.28 W/(m·K)范围,并且随着膜厚的增加而增大,表现出明显的尺度效应.在所计算的薄膜厚度范围内,硅纳米薄膜的热导率与薄膜厚度呈现近似线性变化的关系.应用气动理论对产生的尺度效应进行了初步的理论分析,当薄膜厚度在几纳米到十几纳米时,有效声子平均自由程与膜厚有关,不再等于体材料的平均自由程.同时也将本文的预测结果与其他研究者采用Stillinger-Weber势所进行的模拟结果进行了比较.为分子动力学方法在低维材料热物性方面的研究提供了有益的参考.

NEMD方法:预测修饰型(6,6)单壁碳化硅纳米管的热导率

采用了非平衡分子动力学方法,分别计算了相同管径下N、P修饰碳化硅纳米管的热导率.得到了热导率随掺杂原子数占总原子数的百分比变化的曲线,进而根据这些曲线,讨论掺杂原子数占总原子数的百分比对碳化硅纳米管热导率的影响,以及掺杂原子不同导致的热导率差异.研究结果表明,由于掺杂存在于晶格结构中,声子平均自由程的大小将会受到不可忽视的影响.在相同条件下,掺杂原子数占总原子数的百分比越大,声子与杂质之间的散射概率也随之增大,热阻变大,碳化硅纳米管热导率越小.P修饰的(6,6)单壁碳化硅纳米管的热导率下降趋势明显高于N修饰的(6,6)单壁碳化硅纳米管.

纤锌矿氧化锌纳米薄膜热导率的数值模拟研究

氧化锌薄膜是一种宽禁带化合物半导体材料,其在光电子器件、压电器件、太阳能电池、气敏传感器等领域有着广泛的应用.采用非平衡分子动力学方法,选取微正则系综,利用Buckingham势函数,模拟了纤锌矿型氧化锌薄膜在z方向的热导率.模拟结果表明:薄膜厚度在15.593~31.2096 nm的氧化锌薄膜在温度为300 K时,其薄膜热导率的范围为0.870575~1.52165 W/(m·K),明显小于对应的大体积氧化锌的实验值,并且氧化锌薄膜的热导率随着薄膜的厚度的增加而增加,具有明显的尺寸效应.