氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟.pdf

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)MavActaP．一Chim．Sin．2012，28(5)，1077—1084l077[Article】doi：10．3866／PKU．WHXB201202273www．whxb．pku．edu．cn氮化硼纳米管热输运性能的分子动力学模拟高宇飞孟庆元’张璐刘甲秋。荆宇航l哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150001；中国医科大学，沈阳110001；哈尔滨玻璃钢研究院，哈尔滨150001)摘要：采用基于声子散射理论的Boltzmann．Peierls声子传输方程(BTE)和非平衡态分子动力学模拟(NEMD)方法研

2、究了氮化硼纳米管(BNNT)的热输运性能．分析了BNNT的热力耦合效应，通过BTE与NEMD两种方法相结合，分析了温度和长度对BNNT热输运性能的影响，并应用量子修正扩大了NEMD的研究范围．结果表明：随着拉伸或压缩应变的增加，BNNT热输运性能均呈降低的趋势．通过计算声子态密度(PDOS)在理论上分析了以上结果，发现在拉伸状态下，声子模式的变化是决定BNNT热输运性能变化的主要因素：在压缩状态下．热导率变化是由于模型发生明显的屈曲变形引起的．在低温段，BNNT的热输运性能受量子效应影响最初有一个线性增加的过程，当温度超过一定值时，其开始显著地降低：当BN

3、NT长度小于120nm时，随着长度的增加，其弹道性能逐渐减弱，但仍主要体现为弹道特征，其热导率(，()与长度(￡_)基本满足KOCL。这一关系．关键词：氮化硼纳米管：热输运性能：Boltzmann．Peierls声子传输方程：非平衡态分子动力学模拟声子态密度：量子修正中图分类号：O641：0642MolecularDynamicsSimulationofThermalTransportPropertiesforBoronNitrideNanotubesGAOYu—Fei’MENGQing—Yuan’ZHANGLu。LIUJia-Qiu。JINGYu—Han

4、g’，(SchoolofAstronautics,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001，PR．China；。ChinaMedicalUniversity,Shenyang110001，LiaoningProvince,PR．China；HarbinFRPResearchInstitute,Harbin150001，PR．China)Abstract：TheBoltzmann．Peierlsphonontransportequation(BTE)andnon-equilibriummoleculardynamics

5、simulation(NEMD)areusedtoinvestigatethethermaltransportpropertiesofboronnitridenanotubes(BNNTs)．First，thethermal—mechanicalcouplingisexploredusingNEMD．Then，bycombiningBTEandNEMD．theinfluenceoftemperatureandlengthiSinvestigated．QuantumcorrectioniSusedtoextendtherangeoverwhichNEMDca

6、nbeused．TheresultsdemonstratethatunderlOW-strainconditions．thethermaIconductivitydecreaseswithjncreasingtensileorcompressivestrain．Thenthephonondensityofstate(PDOS)isusedtoanalyzethetrendsinthermaltransportpropertiestheoretically；itiSfoundthatthevariationsinthermaItransportpropert

7、iesundertensionarecausedbychangesinthephononmodes．andthatundercompressionchangesareinducedbytheflectionoftheBNNTstructure．TheBNNTthermaIconductivityincreasesIinearlywithincreasingtemperaturebecauseofthequantumefectatIOWtemperatures．anditdecreasessignificantlyasthetemperaturereache

8、sacertainvalue．WhentheBNNTIengthj