【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分子动力学，尤其涉及一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法。
技术介绍
1、调节和控制纳米器件中的界面热传递对于热管理和热保护等应用至关重要。众所周知，半导体纳米结构中的热传导主要由声子贡献，而纳米器件的性能通常取决于系统的散热方式。同时，纳米技术的发展提高了器件的界面密度，由于接触表面的高空间密度，通过界面的热流将直接使界面处更容易发生声子聚焦，从而导致器件失效或损坏。界面处的高密度散射导致声子输运明显受阻。在半导体界面声子散射引起的热传递也会对器件的性能和可靠性产生不利影响。因此，科学家们试图通过增强接触面之间的热传递或提高界面处的热传导效率来解决温度过高致使器件损坏的问题。
2、随着界面热输运理论的不断发展，目前分子动力学(md)和现代量子模拟占据主流地位。非平衡md模拟是探索界面热输运最直接的方法。近年来，越来越多的学者关注揭示界面热传递内在机理，以及各种增强界面热导(itc)方法。chen等人利用md模拟研究了石墨烯/h-bn界面的热输运，结果表明，热量从单层域逐渐流向多层域，产生了显著的热整流效应。同时，liu的工作发现石墨烯/h-bn异质结构具有相当高的itc，这比金属与石墨烯结合的itc高出一个数量级。polanco等人的报告表明，在完美接触表面之间加入原子间混合物会使itc增大10% ~ 20%。zhou等人借助现代量子输运理论，讨论了多种显著影响界面热输运的效应，包括界面化学键形成、晶格取向、基底和原子质量比等。此外，相关研究表明，接触表面间的热输运特性与界面键和声子有关
3、两种传热材料之间的界面势能的相互作用也会影响声子在界面处的热输运过程。yu等人提出了加强声子输运的机制，发现van der waals (vdw)势能约束减少了原子的热位移，从而减少了声子散射并促进了热输运。chen等人研究了非对称石墨烯/h-bn异质结构中的热传导，结果表明，层间电位强度对石墨烯/h-bn vdw异质结构中的面内外声子的耦合有很大影响。此外，wei等人讨论了硬-软界面的热传递，结果显示，更强的键能吸引软分子靠近硬表面，从而产生更有效的界面能量传递。bi等人利用md模拟研究了对称和非对称固/固界面的热输运，发现对称界面在20~70k的温度范围内，界面热阻随温度的升高而显著降低。
4、硅(si)是全球应用最广泛的半导体基础材料，也是制造芯片的基底材料。由于硅表面晶格排列的各向异性，硅基材料的传热界面容易形成公度或非公度的接触条件。而目前不同公度性接触界面对传热效率的影响尚不清楚。因此，揭示不同接触状态下si/si界面声子热输运的内在机理极其重要。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法。
2、为解决上述问题，本专利技术所述的一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，包括以下步骤：
3、⑴建立由硅/硅的热区域和冷区域组成的分子动力学传热模型，通过旋转热区域来直接改变界面的失配状态，以及在热区域z方向施加弹簧来为传热系统施加法向载荷；
4、所述热区域包含传热原子区ⅰ、热源和刚体层；热区域中的每个原子在x、y、z方向上均设置弹簧；在x和y方向上设置周期性边界条件；
5、所述冷区域包含固定壁、冷源和传热原子区ⅱ；
6、所述传热原子区ⅰ与所述传热原子区ⅱ之间形成传热界面；
7、⑵执行模拟并处理数据：
8、①取失配角为0~45°，热源和冷源温度分别设置为320k和280k，比较不同失配角下的界面热导，以确定界面热导对失配角的依赖关系；
9、②取失配角为0~45°，热源和冷源温度分别设置为320k和280k，比较不同失配角下的界面间距离、lennard-jones(lj)势能及力常数，来揭示界面公度性影响界面热导的内在原因；
10、③取失配角为0°和45°，比较公度与非公度状态下的声子态密度，确定态密度对不同公度性界面热输运的影响；
11、④取法向载荷为0~50nn，热源和冷源温度分别设置为320k和280k，计算不同法向载荷和界面公度性下的界面温差、热流及界面热导，进而得到不同公度性下界面热导与法向载荷之间的变化曲线关系；
12、⑤取法向载荷为0~50nn，热源和冷源温度分别设置为320k和280k，计算不同法向载荷和界面公度性下的界面间距离、lennard-jones(lj)势能和力常数，来揭示法向载荷影响界面热导的内在机理；
13、⑥取失配角为0~45°，法向载荷为0~30nn，分别计算传热过程中由冷源吸收的总热量，确定不同界面公度性与法向载荷耦合的界面热导对热量的影响。
14、所述步骤⑴中热源温度为320k，冷源温度为280k。
15、所述步骤⑵中执行模拟并处理数据还包括：取失配角为0°和45°，法向载荷15nn，比较公度与非公度状态下的声子态密度，确定态密度对不同公度性界面热输运影响的内在机理。
16、所述步骤⑵中执行模拟并处理数据还包括：取法向载荷为0~50nn，热源和冷源温度分别设置为320k和280k，计算不同法向载荷和界面公度性下的界面温差、热流及界面热导，进而得到不同公度性下的界面热导与法向载荷之间的变化曲线关系，确定法向载荷对界面热导的影响。
17、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
18、1、本专利技术以硅/硅为研究对象，先建立分子动力学传热模型，然后在不同界面公度性和法向载荷下运行该模型，通过计算不同公度性和法向载荷下的界面热导并处理分析，确定了硅/硅界面热导对界面公度性和法向载荷的依赖性：在公度向非公度状态过渡过程中，界面热导逐渐下降，这是因为公度界面中减小的力常数降低了声子的透射率，抑制了高频声子的激发，导致声子谱红移，从而减弱界面热导；此外，增加的法向载荷将显著提高公度和非公度界面中的界面热导，其内在原因是：层间距离随法向载荷的增加而减小，从而增强了界面势能和力常数，提高了界面传热效率。
19、2、本专利技术通过计算不同公度性界面失配角下的界面热导，确定了界面热导对失配角的依赖关系。
20、3、本专利技术通过统计不同失配角下的界面间距离、lennard-jones(lj)势能及力常数，揭示了界面公度性影响界面热导的内在原因：而非公度界面中力常数的减小使声子的透射率降低，高频声子的激发受到抑制，导致声子态密度红移，从而减弱界面热导。
21、4、本专利技术通过提取公度与非公度接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，其特征在于：所述步骤⑴中热源温度为320K，冷源温度为280K。
3.如权利要求1所述的一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，其特征在于：所述步骤⑵中执行模拟并处理数据还包括：取失配角为0°和45°，法向载荷15nN，比较公度与非公度状态下的声子态密度，确定态密度对不同公度性界面热输运影响的内在机理。
4.如权利要求1所述的一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，其特征在于：所述步骤⑵中执行模拟并处理数据还包括：取法向载荷为0~50nN，热源和冷源温度分别设置为320K和280K，计算不同法向载荷和界面公度性下的界面温差、热流及界面热导，进而得到不同公度性下的界面热导与法向载荷之间的变化曲线关系，确定法向载荷对界面热导的影响。
【技术特征摘要】
1.一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，其特征在于：所述步骤⑴中热源温度为320k，冷源温度为280k。
3.如权利要求1所述的一种基于界面公度性与法向载荷耦合的界面热导调控方法，其特征在于：所述步骤⑵中执行模拟并处理数据还包括：取失配角为0°和45°，法向载荷15nn，比较公度与非公度状态...
【专利技术属性】
技术研发人员：董赟，丁雨松，芮执元，廉芳铭，惠伟斌，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。