電介質(zhì)納米薄膜導(dǎo)熱系數(shù)的分子動(dòng)力學(xué)模擬項(xiàng)目摘要

用分子動(dòng)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(jī)制以及載熱粒子的平均自由程與薄膜尺度相當(dāng)時(shí)量子效應(yīng)對(duì)熱量傳輸?shù)挠绊懀撗芯靠蔀槟壳盁o(wú)法實(shí)驗(yàn)測(cè)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(bào)方法，為微硅器件的熱分析和熱設(shè)計(jì)提供物性參數(shù)。 2100433B

無(wú)極分子無(wú)極分子的位移極化

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

電介質(zhì)的兩個(gè)和外電場(chǎng)強(qiáng)度 相垂直的表面層里，將分別出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷。這些電荷不能離開(kāi)介質(zhì)，也不能在電介質(zhì)中自由移動(dòng)，我們稱之為極化電荷。這種在外電場(chǎng)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(wú)極分子的極化在于正、負(fù)電荷中心的相對(duì)位移，所以常叫做位移極化。

無(wú)極分子有極分子的取向極化

無(wú)外電場(chǎng)時(shí)，有極分子電偶極矩取向不同，整個(gè)介質(zhì)不帶電。

在外電場(chǎng)中有極分子的固有電矩要受到一個(gè)力矩作用，電矩方向轉(zhuǎn)向和外電場(chǎng)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(chǎng)的方向，所以叫做取向極化。

一般來(lái)說(shuō)，分子在取向極化的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生位移極化，但是，對(duì)于有極分子電介質(zhì)來(lái)說(shuō)，在靜電場(chǎng)作用下，取向極化的效應(yīng)比位移極化的效應(yīng)強(qiáng)得多，所以有極分子的極化機(jī)理是取向極化。

上面從分子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，說(shuō)明了兩類不同的電介質(zhì)的極化過(guò)程，這兩類電介質(zhì)極化的微觀過(guò)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(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)了異號(hào)的極化電荷，在電介質(zhì)內(nèi)部有沿電場(chǎng)方向的電偶極矩。

無(wú)極分子定義

所謂電介質(zhì)，就是通常所說(shuō)的由大量電中性的分子組成的絕緣體。

在靜電場(chǎng)中平衡時(shí)：

1.內(nèi)部電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)中，電介質(zhì)原子中的電子和原子核在電場(chǎng)力的作用下，在原子范圍內(nèi)作微觀的相對(duì)位移。在外電場(chǎng)中電介質(zhì)要受到電場(chǎng)的影響，同時(shí)也影響外電場(chǎng)。

無(wú)極分子分類

電介質(zhì)可分為無(wú)極分子和有極分子。

碳納米管的熱物性是近十年來(lái)微納尺度傳熱領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本項(xiàng)目以實(shí)驗(yàn)為主要研究手段，輔助以分子動(dòng)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(rèn)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(yuǎn)大于傳統(tǒng)理論的預(yù)測(cè)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(guò)接觸點(diǎn)；3）聲子的聚焦效應(yīng)使得這一現(xiàn)象更加明顯。為了驗(yàn)證這一假設(shè)，我們對(duì)石墨c軸方向聲子的平均自由程進(jìn)行了進(jìn)一步的分子動(dòng)力學(xué)和實(shí)驗(yàn)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(cè)值大1個(gè)數(shù)量級(jí)。這些研究成果對(duì)于重新認(rèn)識(shí)聲子在界面的輸運(yùn)機(jī)理具有重要價(jià)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(jì) 38 次。 2100433B