《考慮小尺度效應的納米材料與結構的熱釋電性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由張進擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：考慮小尺度效應的納米材料與結構的熱釋電性能研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張進
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
小尺度效應的影響使經典熱釋電理論在納米尺寸下的適用性受到限制，這加大了熱釋電納米發電機理論研究的難度從而滯後了其進一步的發展。本項目基於多尺度研究方法將首次對納米材料及結構的熱釋電性能進行全面研究。首先，採用分子動力學方法對與納米結構熱釋電性能相關的材料參數進行計算，討論尺寸效應及外界環境因素的影響，並通過實驗手段對計算結果予以定性驗證。然後，根據所得結果結合納米尺度下相關連續介質理論在傳統有限元方法中引入一類二維表面單元，使其可有效地考慮小尺度效應的影響。通過改進後的有限元方法計算熱釋電納米結構受熱時的電壓輸出，討論內外多種因素對結果的影響。最後，分析結果數據，從納米結構自身及外界環境兩個方面對熱釋電納米發電機的結構設計及工作環境進行最佳化，使其輸出電壓達到較大值。本項目的研究成果將填補納米材料熱釋電理論研究上的空缺，同時也為熱釋電納米發電機的設計提供指導性的最佳化意見。
結題摘要
本項目在納米熱釋電材料與結構的多尺度模擬及多物理場耦合研究方面取得重要進展。通過分子動力學方法計算，發現由於納米尺度下表面熱彈性、壓電及介電層的存在，氮化鎵納米線的熱釋電參數隨其尺寸的減小而增大。結合分子動力學計算結果，採用理論分析討論了尺度效應對氮化鎵納米線熱釋電電壓輸出的影響，發現小尺度效應的存在可將氮化鎵納米線熱釋電電壓輸出提高一個量級。結合第一性原理計算、分子動力學模擬及有限元等跨尺度方法從原子尺度探討了潮濕環境對氧化鋅納米線力電耦合行為的影響機理，為後續研究環境因素對其熱釋電性能的影響打下理論基礎。採用第一性原理及分子動力學模擬方法，研究了新型二維材料（單層硫化鍺）的電熱效應，證明了電熱效應與其材料手性的相關性，同時採用熱力學理論對上述模擬所得結果進行了系統分析。此外，在項目進行期間受邀撰寫關於二維材料力電耦合行為的綜述文章，從表征、性能及套用三個層面對相關領域目前研究進展進行了系統的總結。結合本項目，目前課題組發表SCI論文28篇，培養碩士研究生5名。本項目的研究成果填補納米材料力-熱-電耦合理論研究上的某些空缺，同時也為新型熱釋電納米發電機的設計提供指導性的最佳化意見。
