第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 界面导热特性理论模型 1
1.3 界面导热特性模拟计算 3
1.4 界面导热特性实验测量 7
1.5 界面导热特性对纳米材料热物性的影响 10
1.5.1 纳米多晶材料热导率 10
1.5.2 纳米结构界面热整流效应 12
1.6 本文研究内容 17
第2章 复合薄膜界面热阻特性的模拟及实验测量 19
2.1 双层薄膜界面热阻特性 19
2.1.1 双层薄膜建模及模拟细节 19
2.1.2 界面热阻随界面温度的变化 22
2.1.3 界面热阻随界面两侧薄膜厚度的变化 24
2.1.4 界面热阻随界面两侧材料原子质量比的变化 25
2.1.5 界面热阻随热流方向的变化 29
2.1.6 声子波包模拟 32
2.1.7 双层薄膜界面声子透射特性 32
2.2 晶界热阻的分子动力学模拟 39
2.2.1 晶界建模及模拟细节 39
2.2.2 Müller-Plathe方法计算热导率原理 41
2.2.3 晶界热阻随温度的变化 42
2.2.4 晶界热阻随晶界角的变化 43
2.2.5 扭转晶界声子透射特性 44
2.3 界面热阻的飞秒激光热反射测量 46
2.3.1 双波长飞秒激光热反射测量系统 46
2.3.2 传热理论模型 47
2.3.3 实验样品制备 50
2.3.4 测量结果分析 51
2.4 小结 54
第3章 基于声子波包模拟的界面输运特性研究 57
3.1 一维原子链中的声子透射特性 57
3.1.1 含杂质的原子链的声子输运特性 57
3.1.2 质量渐变原子链中的声子输运特性 58
3.2 复合材料中的声子输运干涉效应 60
3.2.1 建模及模拟细节 60
3.2.2 立方形颗粒的干涉效应 61
3.2.3 球形颗粒的干涉效应 62
3.2.4 多次透射/反射预测模型 63
3.3 声子波包分裂现象分析 64
3.3.1 波包信号分析 64
3.3.2 固体氩中的波包分裂 66
3.3.3 硅晶体中的波包分裂 67
3.4 小结 68
第4章 纳米多晶材料热导率 71
4.1 三维Voronoi图建模 71
4.2 纳米多晶体材料热导率模拟 74
4.2.1 Green-Kubo法计算热导率原理 74
4.2.2 纳米多晶结构热导率模拟准则 77
4.2.3 多晶氩热导率的温度依赖特性 80
4.2.4 多晶氩热导率随晶粒尺寸变化 81
4.2.5 多晶氩中晶界热阻预测 83
4.2.6 硅纳米多晶材料热导率特性 84
4.3 纳米多晶薄膜热导率模拟 91
4.3.1 多晶薄膜模拟细节 91
4.3.2 多晶薄膜热导率的温度依赖性 93
4.3.3 多晶薄膜热导率的厚度依赖性 95
4.3.4 多晶薄膜热导率随晶粒尺寸的变化 96
4.4 小结 97
第5章 非对称纳米结构热整流特性研究 99
5.1 非对称硅纳米条带热整流特性 99
5.1.1 条带热导率表征 99
5.1.2 热整流特性分析 101
5.1.3 声子透射特性分析 105
5.2 含锥形空腔硅纳米薄膜的热整流特性 107
5.2.1 空腔热阻计算 107
5.2.2 热整流特性分析 108
5.2.3 声子透射特性分析 108
5.3 含三角形孔硅纳米薄膜热整流特性 112
5.3.1 三角形孔热阻计算 112
5.3.2 热整流特性分析 113
5.3.3 声子透射特性分析 114
5.4 小结 115
第6章 结论 117
参考文献 119
索引 131
在学期间发表的学术论文 135
致谢 137