石墨烯熱整流器設(shè)計與機(jī)理研究.pdf

1、隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，電子器件的功能越來越強(qiáng)，芯片的集成度越來越高，熱失效成為其最主要的失效形式。石墨烯具有優(yōu)秀的電學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)性能，能有效解決芯片的熱失效問題，并在熱能控制、微傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。近年來很多研究者在對石墨烯熱特性研究時意外發(fā)現(xiàn)，石墨烯中存在著熱整流現(xiàn)象，這將在熱能的控制管理、微納器件設(shè)計、信息傳遞等方面產(chǎn)生重大的意義，石墨烯熱整流方面的研究也成為一個重要研究課題。本文通過缺陷、摻雜以及不同夾角的形式

2、構(gòu)造了多種石墨烯納米帶熱整流器件模型，并通過分子動力學(xué)模擬方法研究了其熱導(dǎo)率、熱整流特性。主要工作如下：
　　(1)構(gòu)建了三角形缺陷氮摻雜石墨烯納米帶，研究了缺陷周圍氮摻雜濃度和模擬溫度對熱導(dǎo)率和熱整流的影響。結(jié)果表明：三角形缺陷的出現(xiàn)會使石墨烯納米帶熱導(dǎo)率大大降低，而缺陷周圍0.85％氮摻雜能有效改進(jìn)其導(dǎo)熱特性，使熱導(dǎo)率出現(xiàn)較大幅度的增加，繼續(xù)增大氮摻雜濃度熱導(dǎo)率開始出現(xiàn)緩慢下降的趨勢。從不同氮摻雜濃度下溫度對熱導(dǎo)率影響曲線中發(fā)

3、現(xiàn)，氮摻雜濃度越高，溫度對熱導(dǎo)率的影響越小。石墨烯納米帶上三角形缺陷的引入會使熱整流效率達(dá)到10%以上，0.85%的氮摻雜會使熱整流效率降低很多，繼續(xù)增加氮摻雜濃度，熱整流值開始有變大的趨勢，在這方面熱整流的變化趨勢跟熱導(dǎo)率的變化趨勢剛好相反。
　　(2)構(gòu)建了帶有夾角的石墨烯納米帶，研究了不同夾角下其熱導(dǎo)率和熱整流的變化趨勢，并重點研究了120°夾角石墨烯納米帶模擬溫度對熱導(dǎo)率和熱整流的影響。結(jié)果表明：在石墨烯納米帶中隨著夾角的

4、出現(xiàn)并增大，熱導(dǎo)率先是出現(xiàn)明顯的下降，接著下降速度變緩并下降到最低點，之后是微小的波動。熱整流隨著夾角的增大是先增大再減小，在120°夾角時達(dá)到最大。對于120°夾角的石墨烯納米帶，模擬溫度對熱整流的影響較大，隨著模擬溫度升高，熱整流效率顯著降低。
　　(3)研究了120°夾角石墨烯納米帶各臂寬度差、長度差以及邊緣氫化和邊緣氮化對熱導(dǎo)率和熱整流的影響。結(jié)果表明：寬度差和長度差都會降低120°夾角石墨烯納米帶的熱導(dǎo)率，但寬度差的影響