一维碳纳米结构的热输运性质

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低维材料特别是一维材料由于其优异的物理性质一直广受人们的关注。近年来,随着纳米技术的发展与进步,越来越多的一维碳纳米材料被成功制备出来,例如极细纳米线、纳米芽等等。然而到目前为止,关于纳米线的研究大多集中在有一定直径和尺寸的纳米线上。关于极细纳米线的研究,目前仅有一些关于原子和聚乙烯分子链的研究。因此,通过理论计算来研究这些新型一维碳纳米材料的热输运性质,为这些新型一维碳纳米材料的设计和应用提供理论指导是非常有意义和有必要的。论文一共分为以下五章:第一章介绍了一维碳纳米材料、纳米线的研究背景以及热输运性质的相关研究。第二章主要介绍了分子动力学和格林函数方法。在第三章中,我们通过对极细碳纳米线热输运性质的研究,发现这些一维极细纳米线的热导会因其连接方式的不同而差异很大。通过力常数分析,本文提出了一种力常数简化模型用来简化分析一维极细碳纳米线的热输运性质,结果表明,一维极细碳纳米线中的饱和度和通道数对其热输运起着重要的作用,力常数分量之间的耦合也对一维极细碳纳米线的热输运性质起着不可忽视的作用。在第四章中,我们采用分子动力学和格林函数,研究了C60纳米芽的热输运性质,并采用力常数简化模型简化分析了影响纳米芽热输运性质的各个因素。分子动力学模拟的结果表明,纳米芽中随着C60分子个数的增加,纳米芽的热导率越来越低最后会趋于一个收敛的稳定值,随后,利用力常数简化模型得到了同样的热导变化趋势,证明了简化模型的合理性。此外,本文还利用简化模型探究了影响纳米芽热输运性质的主要因素。结果表明,在纳米芽中,相对于C60分子之间的作用力,C60分子与碳纳米管之间的作用力对纳米芽的热输运性质影响要更大,这对设计纳米芽热材料和热器件提供了一定的参考意义。第五章总结了本论文的研究工作,并对工作进行了展望。
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