電介質(zhì)納米薄膜導熱系數(shù)的分子動力學模擬

用分子動力學方法模擬電介質(zhì)納米薄膜的導熱系數(shù)，探討納米尺度下電介質(zhì)（硅）薄膜導熱系數(shù)的尺寸效應，從分子的尺度研究納米尺度薄膜導熱的物理機制以及載熱粒子的平均自由程與薄膜尺度相當時量子效應對熱量傳輸?shù)挠绊懀撗芯靠蔀槟壳盁o法實驗測量的硅納米薄膜的導熱系數(shù)提供可靠的數(shù)值預報方法，為微硅器件的熱分析和熱設計提供物性參數(shù)。 2100433B

無極分子無極分子的位移極化

加上外電場后，在電場力作用下電介質(zhì)分子的正負電荷中心不再重合，形成一個電偶極子，它們的等效電偶極矩P的方向都沿著電場的方向。

電介質(zhì)的兩個和外電場強度 相垂直的表面層里，將分別出現(xiàn)正電荷和負電荷。這些電荷不能離開介質(zhì)，也不能在電介質(zhì)中自由移動，我們稱之為極化電荷。這種在外電場作用下，在電介質(zhì)中出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象叫做電介質(zhì)的極化。

由于無極分子的極化在于正、負電荷中心的相對位移，所以常叫做位移極化。

無極分子有極分子的取向極化

無外電場時，有極分子電偶極矩取向不同，整個介質(zhì)不帶電。

在外電場中有極分子的固有電矩要受到一個力矩作用，電矩方向轉向和外電場方向趨于一致。

有極分子的極化就是等效電偶極子轉向外電場的方向，所以叫做取向極化。

一般來說，分子在取向極化的同時還會產(chǎn)生位移極化，但是，對于有極分子電介質(zhì)來說，在靜電場作用下，取向極化的效應比位移極化的效應強得多，所以有極分子的極化機理是取向極化。

上面從分子的結構出發(fā)，說明了兩類不同的電介質(zhì)的極化過程，這兩類電介質(zhì)極化的微觀過程雖然不同，但宏觀的效果卻是相同的，都是在電介質(zhì)的兩個相對表面上出現(xiàn)了異號的極化電荷，在電介質(zhì)內(nèi)部有沿電場方向的電偶極矩。

無極分子定義

所謂電介質(zhì)，就是通常所說的由大量電中性的分子組成的絕緣體。

在靜電場中平衡時：

1.內(nèi)部電場強度不為零；

2.電介質(zhì)表面出現(xiàn)極化電荷。

電介質(zhì)出現(xiàn)極化電荷的現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)極化。

若把電介質(zhì)放入靜電場中，電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場力的作用下，在原子范圍內(nèi)作微觀的相對位移。在外電場中電介質(zhì)要受到電場的影響，同時也影響外電場。

無極分子分類

電介質(zhì)可分為無極分子和有極分子。

碳納米管的熱物性是近十年來微納尺度傳熱領域的研究熱點。本項目以實驗為主要研究手段，輔助以分子動力學模擬和Monte Carlo模擬，探討碳納米管的本征導熱系數(shù)、碳納米管之間的接觸熱阻。研究結果表明，碳納米管之間單位面積的接觸熱導同納米管的直徑成正比。我們認為造成這一現(xiàn)象的原因是：1）石墨c軸方向聲子的平均自由程大于100 nm,遠大于傳統(tǒng)理論的預測值；2）聲子在自由表面上的反射,使得聲子可能反復多次經(jīng)過接觸點；3）聲子的聚焦效應使得這一現(xiàn)象更加明顯。為了驗證這一假設，我們對石墨c軸方向聲子的平均自由程進行了進一步的分子動力學和實驗研究。我們的結果表明，室溫下石墨c軸聲子的平均自由程在200 nm左右，比傳統(tǒng)理論預測值大1個數(shù)量級。這些研究成果對于重新認識聲子在界面的輸運機理具有重要價值。共發(fā)表SCI論文8篇,其中 Physical Review Letters(IF 7.521)1 篇、Nanoscale(IF 7.394)2 篇、Applied Physics Letters (IF 3.302) 2 篇、Journal of Applied Physics(IF 2.183)2 篇、Measurement Science and Technology(IF 1.433)1 篇。到目前為止,這 8 篇文章 SCI 引用 共計 38 次。 2100433B