多壁碳纳米管与基体之间界面热输运分子动力学模拟

碳纳米管与基体之间的热耦合对纳米结构界面热输运起主导作用。采用非平衡态分子动力学模拟了垂直生长多壁碳纳米管与Si基体之间的热耦合,得到界面热导的温度效应和作用力效应并利用声子输运理论进行了分析。低温下多壁碳纳米管与Si之间声子的态密度匹配较好,界面热输运能力主要取决于界面两侧低频声子的耦合振动,高温下近界面区域内热输运能力受高频声子的非弹性散射影响而逐渐增强。随着范德瓦尔斯力增强,界面热导线性增大。     

声子聚焦效应对薄膜间接触热阻尺寸效应的影响

采用非平衡态分子动力学方法,模拟计算了多层石墨烯之间和硅薄膜之间的接触热导随薄膜厚度增长的变化趋势.模拟结果显示,多层石墨烯之间的接触热导在厚度方向有显著的尺寸效应,随着厚度的增大,接触热导显著增大,而硅薄膜之间的接触热导随着厚度的增大没有明显变化.另外,根据声子辐射理论,采用各向异性的Debye模型,定义了接触热导尺寸效应强度α,并计算了尺寸效应强度随薄膜厚度增长的变化趋势.结果显示,声子聚焦效应对薄膜间接触热导的尺寸效应有很大影响.该结论有助于建立薄膜之间的接触热导模型和调控纳米复合材料的传热学性质.     

放大和收窄量子波导中的声学声子输运和热导率

运用散射矩阵方法,研究了在低温下量子波导宽度变化和长度L的变化对声学声子输运系数的影响.数值结果表明：当介电量子波导的宽度变化不大时,声学声子透射系数几乎不随宽度变化长度L的变化而变化;当介电量子波导的宽度变化比较大时,声学声子透射系数随长度L的增大而增大;当温度很低时,介电量子波导的宽度变化对热导率几乎没有影响,当温度升高时,热导率随长度L的增大而增大.     

多层石墨烯纳米带的法向热传导

为了探讨纳米带横截面积和制造过程中可能引起的凸起结构对多层石墨烯纳米带法向热传导的影响,采用了能够反映纳米尺度下声子波属性和量子效应的原子格林函数方法来进行计算研究.结果表明,石墨烯纳米带单位面积法向热导与横截面积呈负相关,并最终趋近于体态值100 M W/(m2·K).造成此现象的原因是随着横截面积的增大,增加的声子支主要位于高频区域,而相对于低频声子,高频声子在界面处的透射值较小.另外,声子局域态密度和透射函数的计算结果表明,凸起会改变热流的传递方向和降低热流传递的效率,从而减小法向热导.     

建筑布局对住区风热环境的影响分析与优化策略

为了改善住区内部公共空间的热舒适性,通过对天津市中心城区内16个典型住区夏季室外温度和风速空间分布进行比较,分析建筑布局与风热环境的关系,并提出不同类型住区热舒适性优化的空间设计策略。结果表明：在微风条件下,昼间15:00:00左右住区内部空气温度空间差异最大,并且各住区内部都形成低温区,其中多层行列式住区低温区面积较小,平均空气温度比其他3个住区平均空气温度高0.3℃左右;昼间住区内部根据平均辐射温度在空间上分为高温区和低温区2个部分,高温时段所有住区低温区面积小于住区面积的20%;低层小街坊住区平均风速最小,高层高密度住区平均风速最大,风速比相差0.19;高温时段,住区空气温度和风速随建筑密度的增大而减小,住区空气温度和风速随天空视域因子的增大而增大,住区风速随建筑高度的增大而增大;通过加密路网、减小建筑密度、增大东西向建筑围合和增大主导风向建筑间距等方法,可以改善夏季高密度住区室外热舒适性。     

磷掺杂对单壁碳纳米管电子结构的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理对掺P的单壁碳纳米管（SWCNT）进行以下方面的计算：几何形状结构和电子能带结构,杂质的形成能、总能量、态密度和能带结构.得出在不同管径的P掺杂SWCNT中,杂质的形成能随着管径的增大而增大,相同管径的SWCNT的总能量随着掺杂浓度的增大而减小,不同位置杂质P和它附近的C所形成的键角不同,进一步得到不同位置杂质产生的杂质能级的位置也不同,这可能由C—P—C键角的大小决定.从结果中还得到P原子以替位式掺杂形式掺入到碳纳米管中是可行的,而且掺P的SWCNT导电呈现出N型.     

声子输运模型预测石墨烯与基体之间界面热导

界面热导随着微纳米结构、器件的日益微型化而对内部热输运起着主导作用。本文采用扩散失配模型和非弹性散射模型从理论上预测了石墨烯与Si基体之间的声子透射系数和界面热导,并用声子输运理论进行了分析。声子透射系数和界面热导都随着温度的升高而增大,由于被激发的声子模式达到饱和,二者在高温时逐渐收敛。非弹性散射作用为声子透射提供了额外的通道,导致声子透射系数和界面导热能力的提升。     

夫伦克耳激子的运动

本文从晶格模型出发,同时考虑周期场和电子-声子相互作用对激子能态的影响。夫伦克耳激子在晶格中运动有两种不同方式:在低温区,是能带传递;在高温区,是跳跃过程。     

单壁碳纳米管的结构与稳定性

基于价键电荷模型计算了碳纳米管的结合能随管径和手性角的关系．结果表明,单壁碳纳米管的结合能随着管径的增大逐渐降低,也随着手性角的增大而降低．计算结果为从能量的角度理解各类碳纳米管产生丰度提供了理论参考。     

合肥市城市热环境的空间变化及其驱动力分析

合肥市在进入21世纪后城市扩张十分迅速,城市热环境也随之发生改变.本文借助RS和GIS相关软件的支持,利用TM影像反演出地表温度并将其归一化处理.通过对比1995年9月18日和2007年10月5日的地表温度分布图和统计表发现在12年中研究区的热岛区域面积由68907600m2减少到66896100m2,减少了2011500m2;合肥市的热岛集中区由1995年的东部向2007年的西南部转移;老城区保护较好,在离合肥老城区中心0-2km的环形缓冲区内,低温、较低温、次中温和特高温的面积比例变化很小,高温区的面积减少,基本转变成中温区和次高温区;在2-5km的环形缓冲区内,各等级温度区变化较大;在5-13km的缓冲区范围内,较低温区和次中温区的面积一直在减小,低温区、次高温区和高温区的面积在增加.     

B1结构MoN和WN晶体声子谱的计算

用群论方法导出Bl结构MoN和WN晶体的弹性常数和力常数的关系。根据采用LMTO—ASA 方法计算得到的这两种晶体Bl结构平衡晶格常数和弹性常数,对其力常数和声子谱作第一原理的计算。     

氯化钾晶体声子谱的唯象计算

在合理的近似下,通过拟合实验弹性系数的唯象方法确定了氯化钾晶体的最近邻与次近邻力常数,进而求得其声子谱。计算时计入长程的库仑作用和多体修正,结果与实验符合良好。这种方法还可用于其它碱金属卤化物声子谱的计算。     

碳纳米管复合材料的有效热导率

考虑到碳纳米管的空间取向分布特征,建立了碳纳米管复合材料的有效热导率模型。根据Maxwell理论,推导出了计算碳纳米管复合材料有效热导率的简单公式。应用实例表明,该模型能够很好地解释在碳纳米管纳米流体中观察到的热导率异常增加现象,还可以用来分析纳米管复合材料的渗流性质,而且理论计算结果与实验结果吻合较好。     

石墨烯的晶格振动与导热机理的研究

石墨烯具有独特的结构和导热性质,在微电子领域也具有巨大的应用潜力。采用价力场方法研究石墨烯中的晶格振动,得出了石墨烯晶格振动的频率方程,计算出了石墨烯内光学声子与声学声子的色散曲线。探讨了石墨烯的导热机理,得出晶格振动的剧烈程度、石墨烯的尺寸、温度和基底等是影响石墨烯导热性能的主要因素。     

单壁碳纳米管热导率几个问题的定量描述与分析

通过数据拟合,建立单壁碳纳米管的热导率与温度和管长的关系式、单位体积比热随温度变化的关系式,并进一步得出声子平均自由程随温度和管长变化的关系式.利用这些关系式定量分析热导率随温度和管长的变化,研究热导率—温度关系曲线达到峰值应当满足的条件以及影响峰值位置的因素.提出不同于指数函数的描述热导率的管长依赖性数学表达式,该式可以描述热导率随管长的增加趋于有限值的情形.定量分析声子平均自由程随温度和管长的变化,探讨热导率随管长增加趋于有限值的原因.     

含非均匀结构量子波导中6支振动模中的声子输运和热导

利用散射矩阵方法,研究非均匀结构调制的半导体量子波导中6支最低弹性声子模的输运系数与热导性质.研究结果表明:当4支最低声学声子模的截止频率为0Hz且当频率接近于0Hz时,透射系数总为1;当2支光学模的截止频率大于0Hz且当频率接近截止频率时,透射系数总为0;声子模的输运系数、量子化热导平台以及热导性质与量子点的结构密切相关;在极低温度下,扭转模的热导对结构最敏感,而随着温度的增大,压缩模与y方向的弯曲声学模的热导对量子点的结构最敏感;改变量子点的结构能有效调节6支单模的热导.     

Reversible electromechanical characteristics of carbon nanotubes under local-probe manipulation

The effects of mechanical deformation on the electrical properties of carbon nanotubes are of interest given the practical potential of nanotubes in electromechanical devices, and they have been studied using both theoretical and experimental approaches. One recent experiment used the tip of an atomic force microscope (AFM) to manipulate multi-walled nanotubes, revealing that changes in the sample resistance were small unless the nanotubes fractured or the metal-tube contacts were perturbed. But it remains unclear how mechanical deformation affects the intrinsic electrical properties of nanotubes. Here we report an experimental and theoretical elucidation of the electromechanical characteristics of individual single-walled carbon nanotubes (SWNTs) under local-probe manipulation. We use AFM tips to deflect suspended SWNTs reversibly, without changing the contact resistance; in situ electrical measurements reveal that the conductance of an SWNT sample can be reduced by two orders of magnitude when deformed by an AFM tip. Our tight-binding simulations indicate that this effect is owing to the formation of local sp3 bonds caused by the mechanical pushing action of the tip.     

碳纳米管和硼纳米管热膨胀性能的第一性原理研究

采用密度泛函及分子动力学理论,对碳纳米管和硼纳米管的热膨胀性能进行了研究.研究发现小管径的硼纳来管具有出较好的反膨胀性能,硼纳米管的反膨胀性能与管径的关系和碳管的结果不同.低温下,硼六边形中心的硼原子的横向振动模式可能是其反膨胀性能的主要原因.小管径的硼纳米管的反膨胀性能可以和碳纳米管的性能相比较,表明小管径的硼纳米管在反膨胀领域具有很高的应用前景.