微纳尺度热能调控的声子学元器件研究进展

声子是半导体材料中热能的主要载体。通过对声子调控的深入研究,人们可以为微纳电子器件散热和热能转换提供有效的解决方案。文章介绍了热能调控声子学元器件的研究进展,重点阐述了理论上如何利用微纳米结构材料构建声子学基本单元——热二极管/热整流器。此外,文章还介绍了该领域的关键测量技术和实验进展,包括热整流器和热存储器的设计与实现。最后对声子学研究的发展趋势进行了展望,并提出了存在的困难和挑战。     

声子气的黏度

声子是介电固体中导热过程的主要载体,研究声子的黏性对正确预测纳米材料中的非傅里叶导热等现象有着重要意义.本文从热质理论出发,基于涨落耗散理论导出了声子气黏度的表达式:ηh=hv/3πλα,其中ηh表示声子气的黏度,v_a为声子平均频率,λ为声子波长,α为材料热扩散系数。预测了单晶硅在300 K时的声子气黏度,其参考值为4.8×10~(-9)Pa·s。并且与基于声子水动力学模型和气体动理论模型的声子气黏度结果进行比较,发现本文模型的结果比声子水动力学模型的结果大2个量级,而比动理论模型小5个量级。     

声单向操控研究进展

电子二极管的发明标志着现代电子学的诞生, 在整个人类社会中引起了科技的深刻变革. 声波是一种具有非常悠久的研究历史的经典波, 却始终被认为仅具有对称的传播形式. 若能制造出可像电子二极管控制电流般实现声波单向导通的声学器件, 显然将对整个声学研究领域产生重大影响, 具有重要的科学意义及应用价值. 第一个基于非线性媒质与声子晶体的声二极管利用非线性突破声学互易原理的局限, 首次实现了将声能流限制在单一方向上的声整流效应. 针对非线性系统转换效率低下的固有缺陷, 在线性体系内围绕声单向传播这个重要科学问题开展了一系列理论和实验研究, 设计与制备了多种具有特殊结构和性能的线性声学单向结构, 在器件的效率、带宽及尺寸方面产生了突破. 在声二极管研究的基础上, 第一个可以像电子三极管操控电流般对声流进行操控与放大的声三极管理论模型也被提出. 本文介绍了声单向传播这一新兴且富有蓬勃生机的研究领域中的主要进展.     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

<正>"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

<正>"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

<正>"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

<正>"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

<正>"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息科学和工程、材料科学与工程、能源科学与工程等学科的科研工作者提供了进行跨学科协同研究的平台。本中心将从事声子/热的基本规律、声子与其他的热载体如电子、光子、磁化子等相互作用的理论、计算模拟,和实验研究。中心还将致力于研究调控声子/热的物理原     

同济大学“声子学与热能科学研究中心”——人才招聘

"声子学"作为物理学前沿的一个新兴热门领域,正越来越多地吸引着人们的注意。作为全世界第一个声子学研究机构:"同济大学—新加坡国立大学声子学和热能科学中心"成立于2012年5月。本中心是按2011工程精神与国外知名大学协同创办的创新基地。中心以同济大学为基地,协同新加坡国立大学,为物理学、数学、生命科学、信息科学和工程、材料科学与工程、能源科学与工程等学科的科研工作者提供了进行跨学科协同研究的平台。     

多铁性纳米点结构及微纳器件应用

在当前电子技术微型化和高度集成化的趋势下,多铁性纳米材料的研究正逐渐成为一个重要主题。这方面的研究还处在起步阶段,在材料的制备工艺和表征手段方面还面临诸多挑战。文章简要介绍了多铁性纳米点的制备工艺(包括离子刻蚀、自组构、多孔氧化铝模板方法等)和以多功能扫描探针为代表的表征手段,还介绍了纳米点带来的新颖的物理现象及其在微纳器件应用等方面的研究进展。     

Numerical investigation on thermal properties at Cu-Al interface in micro/nano manufacturing

A hybrid model by integrating TTM (two-temperature model) and MD (molecular dynamics) is proposed to investigate the properties on interface of dissimilar materials under thermal flux conditions. This model can describe the electron phonon coupling and phonon scattering at the interface of different metals easily. By comparing the Cu-Cu interface and Cu-Al interface, the atoms of the Cu-Cu interface at different sides tend to move together; while, the atoms displacements of Cu and Al are opposite along the interface, which may cause stress and voids at the interface. Moreover, the propagation mechanisms of nanocracks and the corresponding change of temperature distribution and thermal flux are investigated. The results show that the interfaces of dissimilar materials are prone to crack initiations, leading to delaminations because of the high temperature. All these are useful for understanding the deformation and failure of the interfaces structures. It implies a potential method for design and analysis of interface structure in micro/nano manufacturing.     

微纳加工技术在微纳电子器件领域的应用

微纳加工技术推动着集成电路不断缩小器件尺寸和提高集成度，光学光刻技术依然是目前的主流微纳加工技术，同时有多种替代技术如电子束直写、极紫外光刻和投影电子束技术，文章介绍了自上而下的微纳加工技术的进展及其在微纳器件研制的重要作用。     

微纳加工技术在微纳电子器件领域的应用

微纳加工技术推动着集成电路不断缩小器件尺寸和提高集成度,光学光刻技术依然是目前的主流微纳加工技术,同时有多种替代技术如电子束直写、极紫外光刻和投影电子束技术,文章介绍了自上而下的微纳加工技术的进展及其在微纳器件研制的重要作用.     

Super-resolution digital speckle photography for micro/nano measurements

Speckle photography, also referred to as one-beam speckle interferometry, has gone through several evolutions. It started as laser speckle photography and then white light speckle photography and recently the electron speckle photography. With the advent of CCD and computational power of PC, the process of recording also changed from optical (i.e., photographic) to digital. This paper presents some recent development of super-resolution digital speckle photography with the emphasis on micro/nano measurements.     

基于修正等效介质理论的微纳深沟槽结构反射率快速算法研究

利用等效介质理论和严格耦合波理论研究比较微纳米级高深宽比深沟槽结构的红外反射谱,提出一种对等效折射率加入色散修正项的深沟槽结构反射率快速算法. 通过超越色散方程分析和大量计算发现,加入的等效折射率色散修正项与波长的平方成反比,并且与深沟槽结构的材料、周期和占空比有关. 这种新的计算方法可以非常精确地获得高深宽比深沟槽结构的反射率,而且明显提高了运算速度,在复杂深沟槽结构基于模型的红外反射谱测量中具有重要的应用价值,可以应用于微电子和微机电系统制造过程中高深宽比微纳深沟槽结构刻蚀进度的在线实时监测. 关键词： 深沟槽结构 严格耦合波理论 等效介质理论 反射率     

Thermal transport in lithium-ion battery: A micro perspective for thermal management

In recent years, lithium ion (Li-ion) batteries have served as significant power sources in portable electronic devices and electric vehicles because of their high energy density and rate capability. There are growing concerns towards the safety of Li-ion batteries, in which thermal conductivities of anodes, cathodes, electrolytes and separator play key roles for determining the thermal energy transport in Li-ion battery. In this review, we summarize the state-of-the-art studies on the thermal conductivities of commonly used anodes, cathodes, electrolytes and separator in Li-ion batteries, including both theoretical and experimental reports. First, the thermal conductivities of anodes and cathodes are discussed, and the effects of delithiation degree and temperature of materials are also discussed. Then, we review the thermal conductivities of commonly used electrolytes, especially on solid electrolytes. Finally, the basic concept of interfacial thermal conductance and simulation methods are presented, as well as the interfacial thermal conductance between separator and cathodes. This perspective review would provide atomic perspective knowledge to understand thermal transport in Li-ion battery, which will be beneficial to the thermal management and temperature control in electrochemical energy storage devices.     

Performance analysis of a thermosize micro/nano heat engine

In a recent paper [A. Sisman, I. Muller, Phys. Lett. A 320 (2004) 360] the thermodynamic properties of ideal gases confined in a narrow box were examined theoretically. The so-called “thermosize effects” similar to thermoelectric effects, such as Seebeck-like thermosize effect, Peltier-like thermosize effect and Thomson-like thermosize effect, were analyzed. Like the thermoelectric generator, based on the thermosize effects we have established a model of micro/nano scaled ideal gas heat engine cycle which includes two isothermal and two isobaric processes. The expressions of power output and efficiency of this cycle in the two cases of reversible and irreversible heat exchange are derived and the optimal performance characteristics of the heat engine is discussed by some numerical example. The results obtained here will provide theoretical guidance for the design of micro/nano scaled device.     

Band structures of two dimensional solid/air hierarchical phononic crystals

The hierarchical phononic crystals to be considered show a two-order “hierarchical” feature, which consists of square array arranged macroscopic periodic unit cells with each unit cell itself including four sub-units. Propagation of acoustic wave in such two dimensional solid/air phononic crystals is investigated by the finite element method (FEM) with the Bloch theory. Their band structure, wave filtering property, and the physical mechanism responsible for the broadened band gap are explored. The corresponding ordinary phononic crystal without hierarchical feature is used for comparison. Obtained results show that the solid/air hierarchical phononic crystals possess tunable outstanding band gap features, which are favorable for applications such as sound insulation and vibration attenuation.