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考虑界面散射的金属纳米线热导率修正
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB383[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]北京科技大学机械工程学院,北京100083, [2]北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(批准号:2012CB720404)、国家自然科学基金重点项目(批准号:50836001)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:FRF-AS-12-002,FRF-TP-11-001B)资助的课题,
中文摘要:

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.

英文摘要:

The contributions of phonon and electron transport to the thermal conductivities of Cu and Ag nanowires are studied theoretically. The effects of surface and grain boundary scatterings are involved. The embeded atom method is employed to express the interatomic potential of nanowires. While the molecular dynamic simulation and Green-Kubo formulation are used to obtain the lattice thermal conductivity, a model derived from Boltzmann transport equation and the Wiedemann-Franz relation are used to calculate electronic thermal conductivity. In addition, diffuse mismatch model is used to calculate thermal resistance of grain boundary to modify 'the lattice thermal conductivity, meanwhile, Mayadas-Shatzkes model is used to consider the influence of grain boundary scattering on the electronic thermal conductivity. By coupling the lattice and electronic thermal conductivity, the effective thermal conductivity of nanowire is obtained. On this base, the influences of size and temperature are analyzed. It turns out that Cu and Ag nanowires have a similar tendency in the thermal conductivity. The contribution of electron transport to the thermal conductivity of nanowire is dominated, but the contribution of phonon transport cannot be ignored on the nanoscale. The thermal conductivity of nanowire decreases due to the grain boundary scattering. And it decreases with temperature increasing or size decreasing. The contribution of phonon transport becomes more important in the case of smaller size.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876