硅納米線熱導(dǎo)率邊緣效應(yīng)的鍵弛豫理論研究.pdf

1、隨著世界能源危機(jī)以及環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，對新型熱電材料的探索受到了人們的關(guān)注與重視，使得熱電材料已經(jīng)成為納米材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)課題之一。作為一種新型的熱電材料，硅納米線結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為科學(xué)家們關(guān)注的目標(biāo)。與相應(yīng)的體材料相比，硅納米線表現(xiàn)出了一些奇特的物理和化學(xué)性質(zhì)。例如:納米線體系邊緣部分原子具有的高配位缺陷和異常能態(tài)，將影響體系的力、熱、光和電子學(xué)等性能。在影響硅納米線熱電性質(zhì)的參數(shù)當(dāng)中，熱導(dǎo)率是一個(gè)極其重要的物理參量

2、。對此，科學(xué)家們在降低硅納米線熱導(dǎo)率中取得了相當(dāng)多的進(jìn)展，但是，也存在不少?zèng)]有解決的問題，比如:納米線表面粗糙度的定義、界面調(diào)制等等。
　　因此，在本論文中，基于原子鍵弛豫理論和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，建立了尺度和表/界面參數(shù)依賴的硅納米線熱導(dǎo)率模型。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了邊緣效應(yīng)（包括不同表面粗糙度、形貌、生長取向以及界面調(diào)制等）對硅納米線熱導(dǎo)率影響的物理機(jī)制，取得的主要進(jìn)展如下:
　　(1)定義了表征納米線表面粗糙度的因子，并

3、且系統(tǒng)地研究了不同的表面粗糙度、尺寸、形貌（圓形、六邊形、四邊形和三角形）以及生長取向([111]、[110]、[100])對硅納米線熱導(dǎo)率的影響的物理機(jī)制。結(jié)果表明:第一，在一定條件下，與圓形、六邊形和四邊形相比，三角形的硅納米線的熱導(dǎo)率最小。第二，在一定的尺寸下，生長取向?yàn)閇110]的四邊形納米線與其他生長取向([111]、[100])相比具有最高的熱導(dǎo)率。第三，硅納米線熱導(dǎo)率可以通過設(shè)計(jì)邊緣結(jié)構(gòu)，比如:體積、表面小晶面的形狀等來控

4、制。我們的理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)和模擬的結(jié)果一致，給硅納米線熱導(dǎo)率的可控調(diào)制提供了一種理論指導(dǎo)。
　　(2)基于原子鍵弛豫理論和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，探索了外延層對硅納米線軸向熱導(dǎo)率的調(diào)制機(jī)理。結(jié)果表明:由于應(yīng)變和界面失配與表面弛豫引發(fā)的彈性應(yīng)變能的改變，核殼納米結(jié)構(gòu)的結(jié)合能和熱導(dǎo)率與裸線的硅納米線的不相同。同時(shí)，也研究了核殼納米結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率與尺寸的關(guān)系，結(jié)果表明可以在界面中有效地調(diào)節(jié)熱性能。這進(jìn)一步表明了，該方法提供了一個(gè)基本的理論方法來解