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第1章 绪论1

1.1 研究背景1

1.2 界面导热特性理论模型1

1.3 界面导热特性模拟计算3

1.4 界面导热特性实验测量7

1.5 界面导热特性对纳米材料热物性的影响10

1.5.1 纳米多晶材料热导率10

1.5.2 纳米结构界面热整流效应12

1.6 本文研究内容17

第2章 复合薄膜界面热阻特性的模拟及实验测量19

2.1 双层薄膜界面热阻特性19

2.1.1 双层薄膜建模及模拟细节19

2.1.2 界面热阻随界面温度的变化22

2.1.3 界面热阻随界面两侧薄膜厚度的变化24

2.1.4 界面热阻随界面两侧材料原子质量比的变化25

2.1.5 界面热阻随热流方向的变化29

2.1.6 声子波包模拟32

2.1.7 双层薄膜界面声子透射特性32

2.2 晶界热阻的分子动力学模拟39

2.2.1 晶界建模及模拟细节39

2.2.2 Müller-Plathe方法计算热导率原理41

2.2.3 晶界热阻随温度的变化42

2.2.4 晶界热阻随晶界角的变化43

2.2.5 扭转晶界声子透射特性44

2.3 界面热阻的飞秒激光热反射测量46

2.3.1 双波长飞秒激光热反射测量系统46

2.3.2 传热理论模型47

2.3.3 实验样品制备50

2.3.4 测量结果分析51

2.4 小结54

第3章 基于声子波包模拟的界面输运特性研究57

3.1 一维原子链中的声子透射特性57

3.1.1 含杂质的原子链的声子输运特性57

3.1.2 质量渐变原子链中的声子输运特性58

3.2 复合材料中的声子输运干涉效应60

3.2.1 建模及模拟细节60

3.2.2 立方形颗粒的干涉效应61

3.2.3 球形颗粒的干涉效应62

3.2.4 多次透射/反射预测模型63

3.3 声子波包分裂现象分析64

3.3.1 波包信号分析64

3.3.2 固体氩中的波包分裂66

3.3.3 硅晶体中的波包分裂67

3.4 小结68

第4章 纳米多晶材料热导率71

4.1 三维Voronoi图建模71

4.2 纳米多晶体材料热导率模拟74

4.2.1 Green-Kubo法计算热导率原理74

4.2.2 纳米多晶结构热导率模拟准则77

4.2.3 多晶氩热导率的温度依赖特性80

4.2.4 多晶氩热导率随晶粒尺寸变化81

4.2.5 多晶氩中晶界热阻预测83

4.2.6 硅纳米多晶材料热导率特性84

4.3 纳米多晶薄膜热导率模拟91

4.3.1 多晶薄膜模拟细节91

4.3.2 多晶薄膜热导率的温度依赖性93

4.3.3 多晶薄膜热导率的厚度依赖性95

4.3.4 多晶薄膜热导率随晶粒尺寸的变化96

4.4 小结97

第5章 非对称纳米结构热整流特性研究99

5.1 非对称硅纳米条带热整流特性99

5.1.1 条带热导率表征99

5.1.2 热整流特性分析101

5.1.3 声子透射特性分析105

5.2 含锥形空腔硅纳米薄膜的热整流特性107

5.2.1 空腔热阻计算107

5.2.2 热整流特性分析108

5.2.3 声子透射特性分析108

5.3 含三角形孔硅纳米薄膜热整流特性112

5.3.1 三角形孔热阻计算112

5.3.2 热整流特性分析113

5.3.3 声子透射特性分析114

5.4 小结115

第6章 结论117

参考文献119

索引131

在学期间发表的学术论文135

致谢137