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相似文献
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1.
随着半导体技术的飞速发展,器件的尺寸已进入到微/纳米尺度。由于量子效应、表面及界面效应,使得微尺度下的热物性与宏观尺度下有了明显的区别。人们针对微观传热领域的特点,发展了声子玻尔兹曼传输方程、分子动力学等方法,取得了一定的成果,但仍存在不少问题。一些基础概念问题,特别是非平衡态下的局域温度的定义,有待澄清。本文主要回顾近年来微/纳米尺度传热在理论和数值模拟方面的进展,以及目前所面临的挑战和问题。  相似文献   

2.
陈林根  冯辉君  谢志辉  孙丰瑞 《物理学报》2013,62(13):134401-134401
基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 在微、纳米尺度下对圆盘导热问题进行构形优化, 得到尺寸效应影响下的无量纲当量热阻最小的圆盘构造体最优构形. 结果表明: 在微、纳米尺度下, 尺寸效应影响下的圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的圆盘构造体最优构形有明显区别. 存在最佳无量纲高导热材料通道长度使无量纲当量热阻取得最小值; 随着扇形单元体数目的增大, 最小无量纲当量热阻先减小后增大, 存在最佳的扇形单元体数目使得无量纲当量热阻取得双重最小值, 这与常规尺度下圆盘构造体相应的性能特性明显不同. (火积)耗散率最小的圆盘构造体(火积)耗散率比最大温差最小的构造体(火积)耗散率降低了7.31%, 也即圆盘构造体的平均传热温差降低了7.31%. 微、纳米尺度下基于(火积)耗散率最小的圆盘构造体最优构形能够降低圆盘构造体的平均传热温差, 同时有助于提高其整体传热性能. 本文工作有助于进一步拓展(火积)耗散极值原理的应用范围. 关键词: 构形理论 (火积)耗散率最小 微、纳米尺度 广义热力学优化  相似文献   

3.
微米/纳米尺度热科学与T程学中的若干重要问题及进展   总被引:3,自引:0,他引:3  
刘静 《物理》2001,30(7):398-406
文章阐述了当代最新的前沿学科之一--微米/纳米尺度热科学与工程学的研究意义、内容、进展及其相应的基本理论与实验研究方法,分析了由于微米/纳米器件尺度效应引起的一系列挑战性热问题,讨论了相应出现的一些新现象和新概念,指出了微米/纳米热科学方面新近发展的几类理论与实验技术的成功和不足之处,并归纳了该领域内若干可供探索的途径和新方向,特别就一些典型微米/纳米热器件及微尺度生物传热中的一些重要科学问题及其工程应用作了介绍.  相似文献   

4.
基于构形理论,以(火积)耗散率最小为优化目标,在微、纳米尺度下对树状圆盘导热问题进行构形优化,得到整体导热性能最优的树状圆盘最优构形.结果表明:在微、纳米尺度下,尺寸效应影响下的树状圆盘构造体最优构形与无尺寸效应影响时的树状圆盘构造体最优构形有明显区别.存在高导热材料最佳单元体占比使得树状圆盘无量纲平均传热温差取得最小值.对于3种结构形式(nn、nb和bb)的树状圆盘,其无量纲临界半径分别为1.16、1.45和1.75.当树状圆盘半径大于临界半径时,圆盘高导热材料需采用树状布置,反之则采用辐射状布置.基于(火积)耗散率最小的树状圆盘导热构形优化能够降低圆盘构造体的平均传热温差,提高其整体传热性能.  相似文献   

5.
微米/纳米尺度热科学与工程学中的若干重要问题及进展   总被引:2,自引:0,他引:2  
刘静 《物理》2001,30(7):398-406
文章阐述了当代最新的前沿学科之一--微米/纳米尺度热科学与工程学的研究意义。内容,进展及其相应的基本理论与实验研究方法,分析了由于微米/纳米器件尺度效应引起的一系列挑战性热问题,讨论了相应出现的一些新现象和新概念,指出了微米/纳米热科学方面新近发展的几类理论与实验技术的成功和不足之处,并归纳了该领域内若干可供探索的途径和新方法,特别就一些典型微米/纳米热器件及微尺度生物传热中的一些重要科学问题及其工程应用作了介绍。  相似文献   

6.
本文计算了平面内涨落电磁场产生的电磁能密度和两平行平面间的微纳米尺度辐射热流密度,分析了近场辐射中单色效应对辐射的影响,结果表明对于碳化硅(SiC),单色效应极大地提高了电磁能密度和近场辐射换热量,而对于铝(Al)则没有明显的单色效应.本文还分析了不同偏振态对热辐射的影响.针对SiC材料,在微纳米尺度范围内,电磁能密度和辐射换热量主要受p偏振的近场倏逝波的影响,而s偏振电磁波和p偏振的远场传播波对微纳米尺度下辐射总量的贡献可以忽略.  相似文献   

7.
近年来,微尺度条件下功能性流体换热与流动已经成为极具潜力和挑战性的课题,在化工、医药、传热与能源利用等系统中获得广泛应用。超临界CO_2流体作为一种天然替代性环保工质,在相关细微尺度下已证明具有良好的热力学性能。本研究采用了数值计算的方法对近临界CO_2流体在微通道内流动稳定性和换热特性进行了系列的探索。研究发现,在靠近临界点的相对较宽泛的区域内,流体具有强膨胀特性和低热扩散特性,从而在微尺度条件下产生局部旋涡流动,大大促进了微尺度的混合和对流换热效率。进一步,研究针对这种微尺度局部涡动进行了机理分析,获得了微通道内近临界流体瞬态换热和超临界热膨胀效应特性。  相似文献   

8.
表面纳米结构及其自由能对滴状冷凝传热的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过抛光和氧化刻蚀方法在基体壁面形成微米和纳米尺度的微观结构,然后制备十八烷基硫醇分子自组装膜,从而得到空气中表观接触角为160°的SAM-1表面和空气中表观接触角为116°的SAM-2表面.实验研究了常压条件下两类表面的滴状冷凝传热特性.结果表明两种表面都能够有效提高冷凝传热效果.但是,具有表面纳米结构的SAM-1表面的滴状冷凝传热特性低于SAM-2表面.分析了纳米结构和液固自由能差效应对滴状冷凝传热影响的共同作用机理.  相似文献   

9.
钱俊 《物理》2013,(11)
微纳加工领域是从事物理学研究与应用开发人员,特别是从事纳米材料与器件研究的物理工作者十分关注和重视的领域。这是由于人们在对纳米材料性能的研究中发现,性能与材料的微观结构尺寸的变化关系密切。例如,随着材料尺度的减小,由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应的影响,材料的物理性能和采用该材料制作的器件特性等都可能表现出与宏观体相材料和相关器件特性显著不同的特点。这些特点是材料性能对微观结构尺寸变化的敏感性所导致的结果。正是由于这种敏感性,使得无论在纳米材料科学问题研究还是在纳米器件发展应用中,对材料生长控制和微加工的精确程度都提出了极为苛刻的要求。所以,需要纳米、甚至原子、分子层次的微纳加工技术,以探索材料与器件的新特性。可见,基础科学的研究发展往往需要技术科学提供强有力的支持,要想探索在纳米尺度下物质的变化规律、新的性质和器件功能及可能的应用领域,同样离不开相应的技术手段。微纳加工技术作为当今高技术发展的重要领域之一,是实现功能结构与器件微纳米化的基础。借助微纳加工,人们可以按照需求来设计、制备具有优异性能的纳米材料或纳米结构及器件与装置,发展探测和分析纳米尺度下的物理、化学和生物等现象的方法和仪器,准确地表征纳米材料或纳米结构的物性,探索纳米尺度下物质运动的新规律和新现象。  相似文献   

10.
本文设计搭建了带有蒸发器的两相闭式热虹吸管的气液两相流动与传热特性的可视化实验平台,制备了多种尺寸的光滑表面蒸发器,并采用电镀的方法制备了微纳米尺度的多孔表面蒸发器,研究了光滑表面蒸发器和微纳米尺度多孔表面蒸发器内工质R134a的气液两相运行状态和相变传热过程。研究结果表明:光滑表面蒸发器的流道尺寸会影响其在不同热流密度条件下的传热系数;多孔表面蒸发器的传热效果要远高于光滑表面的蒸发器,最高达到光滑表面蒸发器传热系数的4倍;不同尺寸的光滑表面蒸发器和多孔表面蒸发器热流密度从零到临界热流密度所经过的沸腾状态也存在较大差异。  相似文献   

11.
基于外加电场对电子漂移速度的影响,考虑激发能对微米尺度和纳米尺度电子传输的依赖,通过计算仿真研究了外加条件及两种电子传输对量子点红外探测器噪声的影响.结果表明:在2545kV/cm外加电场下,噪声模型和实验数据吻合;噪声随着外加电场和温度的增加而增加,当温度小于80K时噪声增加迅速,而当温度大于80K时噪声增加缓慢,并且温度越低噪声随外加电场变化越明显;噪声不随微米尺度电子传输激发能的变化而变化,随着纳米尺度电子传输激发能的增加而减小,随着纳米尺度电子传输激发能变化速度的增加而增加.该研究可为量子点红外探测器的优化设计和性能提高提供理论参考.  相似文献   

12.
Antireflection coatings based on dielectric nanosphere arrays are discussed in application to photovoltaic materials including silicon and gallium arsenide. Macro‐ and nanoscale characterizations and finite‐difference time‐domain calculations are performed, and demonstrate the enhanced optoelectronic properties. A significant absorptivity enhancement is achieved due to the collective resonant coupling of excited whispering gallery‐like modes and thin‐film interference effects. The resonant coupling is masked in macroscale measurements by the size variation of nanospheres, but it is clearly seen through imaging photocurrent at the nanoscale with near‐field scanning photocurrent microscopy. The resonant coupling can be effectively tuned by the material, configuration, or size of nanospheres. Hybrid coatings combining nanospheres of different materials yield the highest efficiency gain of more than 30%. The impact of manufacturing defects, such as double layer formation, is also evaluated. While the performance degrades, the antireflection coating still offers marked improvement in comparison with bare cells.  相似文献   

13.
利用扫描力显微术的压电响应模式,并基于逆压电效应原理,研究了梯度组成的PZT铁电薄膜纳米尺度铁电畴的场致位移特性.获得了源于纳米尺度铁电畴的压电效应和电致伸缩效应贡献的场致位移回滞线,以及源于线性压电效应和电畴反转效应综合贡献的纳米尺度压电位移 场强蝶形曲线,证实了Caspari Merz理论在纳米尺度上的有效性.发现了梯度铁电薄膜存在纳米尺度印刻现象,认为该现象的内因源于薄膜中的内偏场. 关键词: PZT铁电薄膜 场致位移 纳米尺度 扫描力显微术  相似文献   

14.
As an emerging technology, hyperspectral imaging (HSI), which combines both advanced spectroscopy and imaging techniques, provides sufficient information for spectral and spatial analysis and is thus suitable for distribution and property investigation of nanoscale materials. Considering the applications of HSI have spread from remote sensing to quality control of macro products such as food and milk, this article reviews recent research of HSI in a new field of nanoscale materials. On the basis of fundamental parts of a HSI system, new techniques fitting specifically for nanoscale materials imaging such as dark field and Raman spectroscopy are introduced. Nanoscale materials, including metal nanoparticles, carbon nanotubes and graphene, biological components in cells and tissues, as well as multi-layer nanoscale materials, are the research hotspots utilizing HSI technology. Related research reports of the above materials are reviewed based on the physical distinction of these nanoscale materials. It is believed that HSI technology is a strongly potential technique for property investigation and manipulation of nanomaterial for various applications.  相似文献   

15.
The magnetoplastic effect in mechanics of nonmagnetic crystals is attributed to spin evolution in the spin-selective nanoscale reactor created by electron transfer from a dislocation to a stopper. In this “dislocation + stopper” system, dislocation depinning is facilitated because the Coulomb attraction between the dislocation and the stopper is switched off. Since magnetic field stimulates the singlet-to-triplet conversion of the nanoscale reactor (the reverse electron transfer is forbidden), the nanoscale reactor with switched-off Coulomb interaction has a longer lifetime. The resulting increase in depinning rate and dislocation mobility provides a physical explanation for magnetoplasticity.  相似文献   

16.
17.
Photocatalytic removal of Cr6+ from aqueous solution using dye-sensitized nanoscale ZnO under visible light irradiation was studied in this work. First, nanoscale ZnO was prepared by the co-precipitation method. Then, sensitization of nanoscale ZnO by Alizarin Red S dye followed. Further, nanoscale ZnO and dye-sensitized nanoscale ZnO (designated nanoZnO and nanoZnO*, respectively) were both characterized by various photospectrometry methods, such as scanning electron microscopy (SEM), scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS), EDS-mapping, transmission electron microscopy (TEM), and X-ray diffractometry (XRD). It was found that both types of prepared particles are spherical in shape with a size range of 20 to 50 nm. XRD patterns showed that both nanoZnO and nanoZnO* had the same crystalline structure of zincite. In the photocatalytic reduction aspect, effects of different light sources and dosage of nanoZnO* on Cr6+ reduction ([Cr6+]initial = 20 mg/L) were evaluated in this work. Treatment of chromium(VI)-bearing wastewater under the conditions of using 1.0 g/L of nanoZnO*, neutral pH, irradiation of household fluorescence lamps for 6 h and 17 h would yield Cr6+ removal efficiencies of about 68% and 90%, respectively. When the household fluorescence lamps were replaced by visible-light lamps of 400–500 nm in wavelength, the corresponding removal efficiencies dropped to about 50% and 75%, respectively. When nanoZnO* was irradiated by sunlight under almost the same experimental conditions, the Cr6+ reduction efficiency increased up to 90%. In summary, sensitizing nanoscale ZnO with Alizarin Red S dye for photocatalytic applications using visible light is feasible. The relevant reaction mechanism and pathways were also proposed in this work.  相似文献   

18.
纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.  相似文献   

19.
Magnetic Fluid and Nanoparticle Applications to Nanotechnology   总被引:1,自引:0,他引:1  
Magnetic field based micro/nanoelectromechanical systems (MEMS/NEMS) devices are proposed that use 10 nm diameter magnetic particles, with and without a carrier fluid, for a new class of nanoduct flows, nanomotors, nanogenerators, nanopumps, nanoactuators, and other similar nanoscale devices. A few examples of macroscopic ferrohydrodynamic instabilities that result in patterns, lines, and structures are shown that can be scaled down to sub-micron dimensions.  相似文献   

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