【摘 要】
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随着电子元器件的特征尺寸进入到纳米尺度,器件中的能量密度不断增高,散热问题日趋严重。所以寻求新型纳米材料代替传统材料和研究其在纳米尺度下的传热性质成为当前的热门课
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随着电子元器件的特征尺寸进入到纳米尺度,器件中的能量密度不断增高,散热问题日趋严重。所以寻求新型纳米材料代替传统材料和研究其在纳米尺度下的传热性质成为当前的热门课题。在这些材料中,六方氮化硼结构与石墨烯结构相似,拥有良好的热学性能,在电子元器件的研发中具有广泛的应用前景。本文采用了非平衡态分子动力学模拟的方法研究了可以实现主动调控氮化硼的热导率的因素,为在电子器件中使用氮化硼时达成更高效率的热量控制和管理,提供了理论参考。以单层氮化硼为对象,研究了如何通过应变和三角形缺陷调控其热导率。在拉伸应变的作用下,氮化硼表面变得平整,热导率随着应变增大而急剧下降;在压缩应变作用下,氮化硼结构产生弯曲,热导率小幅度下降。三角形缺陷在氮化硼中导致温度突变,随着缺陷数目增多,热导率逐渐下降。三角形缺陷位于氮化硼中间时,从左到右和从右到左两个方向的热导率基本相同;缺陷位于一侧时,两个方向的热导率明显不同,出现热整流现象,并采用瞬态热流模拟验证了这一结果。通过增加氮化硼的层数和构建双层氮化硼中的层间共价键,研究两种不同形式的层间作用力对其热导率的调控作用。氮化硼的热导率随着层数的增加而下降,并且范德华作用力强度越大,下降趋势越明显。在双层氮化硼中随着层间共价键的密度的增大,其热导率迅速下降,并且当层间共价键垂直于热流方向分布时比平行于热流方向分布时,氮化硼热导率下降的幅度更大。研究了以二氧化硅和石墨烯作为基底时氮化硼的热导率的变化情况,并构建了振动基底模型来进一步调控其热导率。当基底和氮化硼中同时有热流通过时,二氧化硅基底使氮化硼的热导率下降,石墨烯基底可以小幅度提高氮化硼的热导率,并且基底相互作用强度越强改变效果越明显。振动基底与温度浴长度相同,当基底在热浴处振动时,氮化硼热导率上升;在冷浴处于振动时,氮化硼热导率下降,热导率改变的幅度与基底的振动频率和振动方向相关。
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