石墨烯納米帶在機械衝擊下熱導率調控的探索研究

《石墨烯納米帶在機械衝擊下熱導率調控的探索研究》是依託南昌大學，由王奮英擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：石墨烯納米帶在機械衝擊下熱導率調控的探索研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王奮英
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

石墨烯納米帶在熱電器件材料中占有重要地位。本項目針對如何提高材料熱電轉化效率這一問題，採用非平衡分子動力學計算的方法，研究石墨烯納米帶在單軸機械衝擊下的熱導率，重點考察缺陷、界面、邊緣構型等內在因素，和尺寸效應、熱流載入強度等外界載入條件對熱導率的影響。鑒於低維尺度材料在機械衝擊下的微觀結構不穩定性，我們對熱導率的研究，採用多體系統計的方法，建立“最可幾”影響因素與熱導率之間的關係，並結合巨觀現象和微觀性質之間的聯繫，得出調控石墨烯納米帶熱導率的方法。對於界面效應，通過對體系進行循環的單軸拉伸壓縮衝擊，進一步考察界面穩定性對體系熱導率的影響。另外，將“鍵序-鍵長-鍵強”相關聯理論引入到分子動力學計算中，從原子鍵的角度，分析體系在機械應變中熱載流子（聲子）的運動機制，揭示體系的形變機理和熱導機理之間的關係，明確可以調控石墨烯納米帶熱導率的本質因素，及提高材料熱電轉化效率的方法。

結題摘要

針對如何提高材料熱電轉化效率這一問題，採用非平衡分子動力學計算的方法，本項目研究了石墨烯納米帶在單軸機械衝擊下的熱導率，重點考察缺陷、界面、邊緣構型等內在因素，和尺寸效應、熱流載入強度等外界載入條件對熱導率的影響。我們發現體系在形變過程中的結構變化是其熱導率發生變化的主要影響因素，且缺陷和尺寸效應是主要的研究點。因此，我們在考察了形變速率對石墨烯納米帶熱導率影響的基礎上，集中考察了缺陷和尺寸效應的影響，同時也比對了其對金納米線在單軸形變下的結構變化影響。研究結果為，巨觀體系的形變結構是其熱導率如何變化的本質，但微觀熱導率的變化實際上是熱載流子（聲子）在體系結構形變過程中存在的傳輸和散射運動平衡所致，所以說，最終如何控制這種聲子運動平衡機制是提高石墨烯納米帶熱電轉化效率的關鍵方法。