Thermal conductivity of nanoscale thin nickel films

The inhomogeneous non-equilibrium molecular dynamics (NEMD) scheme is applied to model phonon heat conduction in thin nickel films. The electronic contribution to the thermal conductivity of the film is deduced from the electrical conductivity through the use of the Wiedemann-Franz law. At the average temperature of T=300 K, which is lower than the Debye temperature ΘD=450 K, the results show that in a film thickness range of about 1?11 nm, the calculated cross-plane thermal conductivity decreases almost linearly with the decreasing film thickness, exhibiting a remarkable reduction compared with the bulk value. The electrical and thermal conductivities are anisotropic in thin nickel films for the thickness under about 10 nm. The phonon mean free path is estimated and the size effect on the thermal conductivity is attributed to the reduction of the phonon mean free path according to the kinetic theory.     

电介质薄膜导热系数的尺寸效应

为研究电介质薄膜中的导热机制以及薄膜厚度对导热系数的影响 ,以氩的 FCC晶体为模型 ,采用分子动力学方法计算了厚度约为 2～ 10 nm的薄膜的法向导热系数。计算得到对应于 12 0 K的薄膜导热系数显著低于大体积实验值 ,并随薄膜厚度的减小而降低 ;即纳米薄膜的晶格导热系数具有明显的尺寸效应。当薄膜厚度减小至纳米量级时 ,即使在较高温情况下 1.3ΘD,晶体边界对声子的散射也将起重要作用。对氩晶体分别选取了 L ennard- Jones作用势和一种软球作用势 ,考察了不同势能模型对于模拟结果的影响     

Molecular dynamics study on thermal conductivity of nanoscale thin films

A simple and effective model of heat conduction across thin films is set up and molecular dynamics simulations are implemented to explore the thermal conductivity of nanoscale thin dielectric films in the direction perpendicular to the film plane. Solid argon is selected as the model system due to its reliable experimental data and potential function. Size effects of the thermal conductivity across thin films are found by computer simulations: in a film thickness range of 2–10 nm, the conductivity values are remarkably lower than the corresponding bulk experimental data and increase as the thickness increases. The consistency between the approximate solution of the phonon Boltzmann transport equation and the simulation results ascribes the thermal conductivity size effect to the phonon scattering at film boundaries.     

超晶格薄膜热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格薄膜的热传导性能，并对其主要影响因素作了分析．模拟结果显示，周期长度固定的超晶格薄膜，界面热阻在总热阻中的比例和导热系数同周期数无关；当超晶格薄膜的膜厚不变时，导热系数将随着周期长度的增大而增大，但由于超晶格薄膜晶格常数的不匹配，使其内部发生明显的几何形变，这种变化关系也愈加复杂，同时周期长度的增加，平均界面热阻也随着增大，揭示了界面热阻不仅取决于界面层的物理条件，而且也与构成的介质内部形变有着重要关系．     

晶格失配对超晶格法向导热系数影响的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格的法向导热系数随周期长度的变化关系.模拟结果表明,在晶格匹配的超晶格中,当周期长度同声子平均自由程相当时,超晶格导热系数将出现最小值.而对于具有4%晶格失配的超晶格模拟结果却表明,超晶格导热系数随周期长度的增大而单调上升.这一研究结果表明,材料的晶格失配是大多数实验研究中没有发现超晶格最小导热系数的主要原因.     

均质非平衡态分子动力学模拟铜薄膜的热导率

为研究微电子器件中薄膜的“超常”传热行为，基于等温线性响应理论（LRT）和嵌入原子法（EAM）势函数，采用均质非平衡态分子动力学方法，对铜薄膜的热导率进行了计算机数值模拟，给出了铜薄膜热导率与薄膜厚度及温度之间的关系，模拟结果符合Flik关于微尺度薄膜导热的判据并与其他文献的实验数据基本一致，表明该方法和结果可以利用于微电子器件中的微尺度传热及热应力问题的分析。     

超薄氩膜热传导的分子动力学模拟

采用基于经典理论的平衡态分子动力学(EMD))方法，在无量子化修正的条件下，计算了固态氩(Ar)在低于其Debye温度(92K)下的导热系数．温度在20K以上时，模拟结果和实验值吻合较好，说明固态Ar的量子化效应对其热传导性能影响不大，温度低于20K时，由于模拟区域对长波声子的裁剪作用使得模拟结果比实验值低．在此基础上，使用经典分子动力学基于三向、两向周期性边界条件的各向异性非平衡态薄膜模型，模拟了超薄Ar膜在40K的导热系数，2种模型给出了具有相同变化趋势的薄膜热传导特性曲线，即：随着膜厚的增加，导热系数增大，且模拟结果同模拟区域横截面大小无关．在相同条件下，2种模型得到的氩膜导热系数相差10％左右．     

Coherent thermal radiation in thin films and its application in the emissivity design of multilayer films

The infrared transmission spectra of a 0.54-μm-thick Ge film and a 20-μm-thick Si film were experimentally measured. As the incident radiation was in the wavelength range from 1.5μm to 10μm, the Ge film demonstrated a strongly spectral coherence. However, thermal radiation of the Ge film was found to be spatially incoherent due to its extreme thinness. The Si film exhibited significantly spectral and spatial coherence. The results confirmed that thermal radiation of a monolayer film could be coherent spectrally and spatially if the film thickness was comparable with the wavelength. The optical characteristic matrix method was applied to calculate the transmission spectra of the Si and Ge film, and the results agreed well with the measurements. This method was further used to analyze two multilayer films composed of five low emissive layers. Their emissivities were found to be highly emissive at a certain zenith angle, and the emissive peak could be controlled by careful selection of film thickness.     

薄膜改性中的紫外线辅助热处理

紫外线辅助热处理是一种较为先进的薄膜改性技术,它把紫外线光能和热处理结合起来,来改变薄膜的结构,提高薄膜的性能;文章主要介绍了它在应力薄膜和低k薄膜2个特定方面的应用。     

二硫化铁光电薄膜的制备技术的研究现状

黄铁矿结构的二硫化铁(FeS2)是一种具有合适的禁带宽度(Eg≈0.95eV)和较高光吸收系数(当λ≤700nm时,α=5×105cm-1)的半导体材料,而且其组成元素在地球上储量丰富、无毒,有很好的环境相容性.因此,FeS2薄膜在光电子以及太阳能电池材料等方面有潜在的应用前景,受到人们的广泛关注.本文从不同制备方法所制备出的二硫化铁薄膜的研究结果,分析二硫化铁薄膜的研究现状.     

体系pH对MoO_3薄膜结构及光致变色性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了MoO3光致变色薄膜,主要探讨溶液pH值对薄膜结构及性能的影响,运用XRD、SEM、UV-Vis-DRS及全自动色差计对氧化钼薄膜的结构及性能进行了表征.实验表明:随溶液pH值的升高,MoO3薄膜光致变色性能先增强后减弱.pH=1.0时薄膜结晶度较好,颗粒粒径较小,分布较均匀,激发波长蓝移,薄膜的吸收光波区域变宽,色差值达到2.427,光致变色性能提高.     

纳米银明胶复合膜的制作

报道一种制备高浓度纳米银粒子的方法．通过化学溶胶法制备出纳米银溶胶粒子,再以热的明胶作基质,以明胶包覆纳米银粒子,加热浓缩,制备出高浓度纳米银粒子复合膜．电镜照片表明,纳米粒子并没有长大而聚沉,粒子尺度平均约为２０ｎｍ．     

电介质薄膜中的稳态导热与法向导热系数的尺寸效应

通过非平衡分子动力学（NEMD）模拟预报了纳米电介质薄膜的法向导热系数,采用各向异性的非平衡分子动力学方案模拟了固体氩薄膜中垂直于膜平面的稳态导热,考察了对应于平均温度为45K的薄膜法向导热系数与膜厚度的关系,在氩薄膜厚度为2.124-10.62nm的范围内,薄膜法向导热系数显著低于相同温度下的大体积材料的实验值,并随膜厚度的减小而降低,具有显著的尺寸效应,在弛豫时间近似条件下得到的声子Boltzmann输运方程的近拟解表明,该尺寸效应归因于纳米薄膜的边界对载热声子散射作用的增强。     

YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波性质

利用微带谐振技术研究了YBa2Cu3O7/LaAlO3 (YBCO/LAO)和YBa2Cu3O7/MgO (YBCO/MgO)超导薄膜的微波响应.通过测量微带谐振器的共振频率、有载品质因数、插入损耗与温度之间的依赖关系,分析了超导薄膜的微波特性,获得了超导薄膜在绝对零度时的穿透深度λ0.对于YBCO/LAO,λ0=265nm;对于YBCO/MgO,λ0=280nm.本文还利用微带谐振器研究了YBCO/LAO和YBCO/MgO超导薄膜的微波表面电阻.     

不良导体导热系数实验误差分析与改进

采用传热学的相关理论,对用稳态法测量不良导体导热系数的实验过程中的误差进行分析,给出了一种数据处理以及实验方法的修正方案.     

水立方薄膜(ETFE膜)导热系数的测定

大学生创新实验项目是我国高等教育培养当代大学生创新能力的一项重要举措,它旨在培养大学生的创新意识和动手能力。上海工程技术大学对申请到的大学生创新实验项目"水立方薄膜(ETFE膜)热传导特性的研究"做了深入探讨,利用稳态法测得了ETFE膜的导热系数,发现其值小于0.23W/m.℃,可以作为理想的绝热材料应用在建筑等领域,有效地节省电能,符合当前的绿色经济的要求。     

磁控溅射法制备纳米级ZnS薄膜及其性能研究

用磁控溅射技术在玻璃衬底上获得了取向单一的纳米级ZnS薄膜. 研究了衬底温度对薄膜结构的影响. 得出400 ℃时沉积的薄膜结晶最好,为六方纤锌矿结构,在可见光范围内有较高的透过率,其光能隙为3.81 eV.     

蛋白质纤维的导热性及其方向性差异

纤维沿轴向导热系数λFL与沿径向导热系数λFT之间有差异.用非稳态导热测试方法测得了5种蛋白纤维及7种其它纺织纤维的λFL和λFT,被测纤维的λFL和λFT之比约达2～20倍.     

内置高导C/C材料的疏导式热防护结构防热效果

本文建立了内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型,通过实验的方法给出了高导C/C材料与耐热三维编织C/C材料间的接触热阻,并利用数值仿真针对影响结构热防护效果的若干关键参数进行了参数影响研究.研究结果表明:减小耐热层厚度是一种降低驻点温度的有效方法,但是必须同时考虑由此引起的强度问题;界面接触热阻对热防护效果影响很大,必须通过工艺处理降低界面热阻才能实现有效的热防护.