電介質(zhì)納米薄膜導(dǎo)熱系數(shù)的分子動力學(xué)模擬基本信息

用分子動力學(xué)方法模擬電介質(zhì)納米薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)，探討納米尺度下電介質(zhì)（硅）薄膜導(dǎo)熱系數(shù)的尺寸效應(yīng)，從分子的尺度研究納米尺度薄膜導(dǎo)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(dāng)時量子效應(yīng)對熱量傳輸?shù)挠绊?，該研究可為目前無法實驗測量的硅納米薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)提供可靠的數(shù)值預(yù)報方法，為微硅器件的熱分析和熱設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)比位移極化的效應(yīng)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(jié)構(gòu)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(lǐng)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(xué)模擬和Monte Carlo模擬，探討碳納米管的本征導(dǎo)熱系數(shù)、碳納米管之間的接觸熱阻。研究結(jié)果表明，碳納米管之間單位面積的接觸熱導(dǎo)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(yù)測值；2）聲子在自由表面上的反射,使得聲子可能反復(fù)多次經(jīng)過接觸點；3）聲子的聚焦效應(yīng)使得這一現(xiàn)象更加明顯。為了驗證這一假設(shè)，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(xué)和實驗研究。我們的結(jié)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(yù)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