考虑界面散射的金属纳米线热导率修正

理论分析了声子和电子输运对Cu, Ag金属纳米线热导率的贡献. 采用镶嵌原子作用势模型描述纳米尺寸下金属原子间的相互作用, 应用平衡分子动力学方法和Green-Kubo函数模拟了金属纳米线的声子热导率; 采用玻尔兹曼输运理论和Wiedemann-Franz定律计算电子热导率; 并通过散射失配模型和Mayadas-Shatzkes模型引入晶界散射的影响. 在此基础上, 考察分析了纳米线尺度和温度的影响. 研究结果表明: Cu, Ag纳米线热导率的变化规律相似; 电子输运对金属纳米线的导热占主导地位, 而声子热导率的贡献也不容忽视; 晶界散射导致热导率减小, 尤其对电子热导率作用显著; 纳米线总热导率随着温度的升高而降低; 随着截面尺寸减小而减小, 但声子热导率所占份额有所增加. 关键词： 纳米线 热导率 表面散射 晶界散射     

纳米线阵列横向输运的热电特性研究

利用包络函数的平面波展开法计算准二维纳米线阵列中的电子态,获得电输运系数表达式.同时,通过合理近似考虑边界散射对声子输运的影响,计算得到了晶格热导率.以Si/Ge体系为例,研究了纳米线阵列横向输运的热电特性.结果表明：结构优值与费米能级、纳米线直径及间距等参数相关.通过对结构参数的调整,纳米线阵列的横向输运可有效提高热电性能. 关键词： 热电性能 纳米线阵列 Seebeck系数 晶格热导率     

表面低配位原子对声子的散射机制

由于纳米结构具有极高的表体比,声子-表面散射机制对声子的热输运性质起到关键作用.提出了表面低配位原子对声子的散射机制,并且结合量子微扰理论与键序理论推导出该机制的散射率.由于散射率正比于材料的表体比,这种散射机制对声子输运的重要性随着纳米结构尺寸的减小而增大.散射率正比于声子频率的4次方,所以这种散射机制对高频声子的作用远远强于对低频声子的作用.基于声子玻尔兹曼输运方程,计算了硅纳米薄膜和硅纳米线的热导率,发现本文模型比传统的声子-边界散射模型更接近实验值.此发现不仅有助于理解声子-表面散射的物理机制,也有助于应用声子表面工程调控纳米结构的热输运性质.     

纳米孔模板浸润法制备聚乙烯纳米线阵列的热导率的实验研究

采用纳米孔模板润湿技术制备了直径为200 nm的低密度聚乙烯(LDPE)纳米线阵列, 并利用纳秒激光闪光法测量了20—80℃时LDPE纳米线阵列的热导率. 测量得到室温时LDPE纳米线阵列的热导率为2.2 W/mK, 大约比其体材料的热导率高1个数量级, 并且纳米线阵列的热导率随温度的升高略有增加. 忽略纳米线之间的声子散射, 估算得到室温下单根LDPE纳米线的热导率高于5 W/mK. 本文制备LDPE纳米线热导率的提高源自其分子链定向度增加导致的低维导热效应的增强, 纳米线的分子链定向度受工艺过程中流体剪切、振动、分子链迁移运动、 纳米孔约束等几种因素的综合影响.     

多约束纳米结构的声子热导率模型研究

纳米技术的快速发展使得对微纳尺度导热机理的深入研究变得至关重要. 理论和实验都表明, 在纳米尺度下声子热导率将表现出尺寸效应. 基于声子玻尔兹曼方程和修正声子平均自由程的方法得到了多约束纳米结构的声子热导率模型, 可以描述多个几何约束共同作用下热导率的尺寸效应. 不同几何约束对声子输运的限制作用可以分开计算, 总体影响则通过马西森定则进行耦合. 对于热流方向的约束, 采用扩散近似的方法求解声子玻尔兹曼方程; 对于侧面边界约束, 采用修正平均自由程的方法计算边界散射对热导率的影响. 得到的模型能够预测纳米薄膜(法向和面向)及有限长度方形纳米线的热导率随相应特征尺寸的变化. 与蒙特卡罗模拟及硅纳米结构热导率实验值的对比验证了模型的正确性.     

Mo2C二维材料晶格热导率的第一性原理研究

Mo₂C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo₂C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo₂C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维Mo₂C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo₂C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响.     

二维Mo2C的晶格热导率的第一性原理研究

Mo2C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo2C二维材料声子输运的理解非常必要。文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo2C材料的晶格热导率。研究表明,室温下二维Mo2C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20 和 5.04 W/mK。计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献。还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo2C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响。     

Ⅲ-Ⅴ族硼基化合物半导体反常热导率机理

采用基于玻尔兹曼输运方程的第一性原理计算方法深入研究了硼基Ⅲ-Ⅴ化合物的热导率性质,与Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族半导体进行对比,发现砷化硼的高热导率主要来源于硼基Ⅲ-Ⅴ化合物中声学支和光学支之间存在一个很大的频率带隙,导致两个声学声子的能量要小于一个光学声子的能量,无法满足三声子散射的能量守恒要求,严重遏制了三声子散射几率.金刚石的高热导率主要来自其拥有极大的声学声子群速度.磷化硼虽然也拥有较大的声学声子群速度,但是其频率带隙比较小,无法有效遏制三声子散射,所以磷化硼的热导率小于砷化硼;尽管锑化硼的频率带隙与砷化硼相当,但是由于其拥有较小的声学声子群速度和较大的耦合矩阵元,导致锑化硼的热导率低于砷化硼.该研究为设计高热导率半导体材料提供了新的认识.     

碳纳米管电缆式复合材料的热导率

通过非平衡分子动力学方法, 对单壁碳管填充金纳米线的碳纳米管电缆式复合材料开展热导率的模拟分析. 采用Tersoff势函数描述碳-碳原子间的相互作用, Lennard-Jones长程作用势描述碳-金原子间的相互作用, 嵌入原子势函数描述金-金原子间相互作用. 研究结果表明: 相同尺寸下, 金纳米线的电子热导率相较于空碳管以及电缆式复合材料的声子热导率小很多, 对复合材料总热导率的贡献可以忽略; 由于管内金纳米线的存在, 其与碳管的相互作用使得碳管碳原子倾向于沿着轴向振动, 声子间U散射随之减少, 声子平均自由程增加, 导致复合材料热导率明显大于空碳管, 在100–500 K温度范围内高出约20%–45%, 但增大幅度随温升呈降低趋势; 复合材料热导率随着管长增加而增大, 变化趋势和空碳管相似, 但其增长幅度更大; 复合材料和空碳管的热导率随管径增大而减小, 且变化幅度基本一致. 关键词： 碳纳米管 纳米线 电缆式复合材料 导热     

利用同位素掺杂与分形结构调控石墨烯热导率

本研究采用非平衡分子动力学方法对用Rectangle Carpet(RC)和Sierpinski Carpet(SC)分形结构布局的同位素掺杂石墨烯的热导率进行系统研究。研究表明,RC和SC结构的热导率均随分形数(m)的增加先减小后略微升高,且SC结构的热导率要低于RC结构的热导率。同时,我们通过计算声子谱、声子群速度、声子参与比和声子态密度来分析原始石墨烯、m=3的RC结构(RC3)和m=3的SC结构(SC3)结构中的声子行为。在全声子频率区域内,原始石墨烯、RC3和SC3结构的平均声子群速度和平均声子参与比分别为3.47 km·s^-1,0.98;2.77 km·s^-1,0.62和2.34km·s^-1,0.61。结果显示,与原始结构和RC结构相比,SC结构中有更多的声子模被局域化,导致更低的声子群速度和较强的声子散射,进而可以抑制声子的热输运。     

大学一年级物理实验教学的对策

分析了中学物理实验教学现状,指出大学与中学物理实验教学衔接存在的问题,根据现代教育理论,提出了大学一年级物理实验教学的对策。     

自制动量矩守恒演示仪

本文介绍了一种自制的动量矩守恒演示仪，该仪器具有小巧、美观、灵活、稳定、方便等特点。     

用分光计测棱镜折射率的不确定度评定

本文根据国内不确定度概念在物理实验中的简化作法，对用分光计测棱镜折射率实验进行了不确定度的分析。     

力学量算符的本征函数的计算

给出一种利用升或降算符力学量算符本征函数一般表达形式的方法，这种方法比其它方法简单得多。     

落球法测液体的粘滞系数小球收尾速度的研究

从理论上推导了在液面下的小球何时达到收尾速度公式，并给出一组实验数据，得出小球从液面自由下落时很快能达到收尾速度的结论。     

钨酸锌激光晶体的光谱测量

用基质晶片作参比,测量了Cu+、Er3+等离子激活的钨酸锌晶体的光谱,并进行了分析讨论,发现激活离子与基质晶格之间存在能量传递过程.晶体在可见光区有比较强的荧光.     

固定化光合细菌包埋颗粒内底物传输特性

本文分析了在不同操作条件下固定化光合细菌包埋颗粒内的底物传输特性,得到入射光照强度、培养温度和培养基pH值等操作参数对包埋颗粒内底物传输Thiele模数、内扩散有效因子的影响.分析发现Thiele模数随实验参数变化呈先增加后下降变化趋势,内扩散有效因子则呈相反的变化趋势,表明了当操作条件越适于光合细菌生长代谢,内扩散速率对包埋颗粒内底物消耗的限制性影响越明显.较低的Thiele模数表明包埋颗粒内底物消耗主要为反应控制过程.     

溶液折射率公式的一种验证方法

给出了通过阿贝折射仪测溶液折射率和百分比浓度来验证其折射率公式的一种方法。     

晶柱粘连对CsI:Na转换屏分辨特性的影响

本文用MonteCarlo方法研究了CsI:Na转换屏中晶柱之间的粘连对其空间分辨特性的影响,给出了不同粘连程度下可见光在转换屏中的点扩展函数及相应的MTF曲线.通过几种不同粘连系数下模拟结果的比较可见,要获得一个高分辨的转换屏应尽可能减小晶柱之间的粘连.对于一个实际的转换屏其粘连系数至少应在40%以下,最好控制在20%以内.     

热功当量实验中水的终温修正的研究

本文通过对量热器中水的传热过程的理论分析和实验比较,证明应该用牛顿冷却定律修正量热器中水的终温。