金刚石衬底上GaN HEMT沟道温度建模:各向异性且非均匀热导率的影响

为了改善GaN HEMT的自热效应,集成高热导率的金刚石衬底有助于增强器件有源区的热量耗散。然而,化学气相淀积(CVD)生长的多晶金刚石(PCD)具有柱状晶粒结构,导致了各向异性的材料热导率,且其热导率值与生长厚度有关。为此,通过建模金刚石生长过程中晶粒尺寸的演变过程,计算了金刚石沿面内和截面方向的热导率。基于该PCD热导率模型,利用计入材料非线性热导率的GaN器件热阻解析模型,计算得到了GaN HEMT沟道温度的波动范围,并分析了其与器件结构(栅长、栅宽、栅间距、衬底厚度)和功耗的依赖关系。最后,通过与有限元(FEM)仿真结果对比,分区域提取了GaN HEMT器件中PCD衬底的有效热导率,分别为260~310 W/(m·K)和1 250~1 450 W/(m·K)。本文的计算为预测金刚石衬底上GaN HEMT器件的沟道温度提供了快速、有效的方法。     

二维CdO的低晶格热导率研究

寻求具有较小晶格热导率k_lat的高热电性能的二维材料具有重要意义。基于从头计算和声子玻耳兹曼输运理论,该研究首先对二维CdO结构进行优化,并通过计算声子谱验证了单层CdO的动力学稳定性。在此基础上详细研究了单层CdO的声子输运性质。计算表明在室温下单层CdO的晶格热导率k_lat约为5.7 W/(m·K),低于单层石墨烯、磷烯、黑磷和MoS₂等二维材料的晶格热导率。其中,Z方向声学模式(Z-direction acoustic, ZA),横声学支(transverse acoustic,TA),纵声学支(longitudinal acoustic, LA),Z方向光学模式(Z-direction optical, ZO),横光学支(transverse optical, TO),纵光学支(longitudinal optical, LO)对k_lat的百分比贡献分别为73.7％、13.9％、3.7％、2.8％、4.7％和1.2％。研究发现,ZA、TA、LA声学支和光学支之间的强散射是导致单层CdO低热导率的原因。本文计算结果可用于指导基于CdO的低维热电器件的设计。     

螺栓松动边界下纤维增强复合薄板的振动测试方法

提出了基于预埋压力传感器的量化测试方法,研究了螺栓松动边界对纤维增强复合薄板振动特性的影响。首先,自主设计并开发了带有预埋压力传感器的螺栓松动边界下复合薄板的振动测试系统,并详细介绍了系统各个部件的组成和功能;然后,归纳出一套合理、规范的松动边界下复合薄板的振动测试流程,并对HF10碳纤维/树脂复合薄板进行了实际测试。结果表明:随着螺栓松动程度的不断增加,复合薄板的固有频率逐渐降低,模态振型的节线位置也发生了不同程度的变化,但其阻尼结果呈现先增大后减小的趋势;而共振和非共振响应呈现先减小后增大的趋势。     

(Sm0.5Gd0.2Nd0.3)2(Hf0.3Ce0.7)2O7复合氧化物的热物理性能

为寻求新型热障涂层用陶瓷材料,本文采用高温固相烧结法制备了(Sm_0.5Gd_0.2Nd_0.3)₂(Hf_0.3Ce_0.7)₂O₇复合氧化物。利用XRD分析了其晶体结构,SEM分析其显微组织,膨胀仪测试其热膨胀性能,激光热导仪测试其热扩散系数。结果表明,成功制备了具有单一萤石晶体结构的(Sm_0.5Gd_0.2Nd_0.3)₂(Hf_0.3Ce_0.7)₂O₇复合氧化物。其显微组织结构致密,晶界清晰无其他相存在。由于复杂的元素组成和较大的原子量,其热导率明显低于7YSZ和Sm₂Ce₂O₇。其较低的热膨胀系数则归因于B位离子较小的离子半径,但其热膨胀系数依然满足热障涂层的要求。     

二元氧化物Yb3TaO7的非晶状热传导机理

具有非晶状热导率的固体材料在热能转换和热管理应用中备受青睐.因此,揭示晶体材料的非晶状热传导机理对于开发和设计低热导率材料至关重要.本文运用原子模拟方法揭示了萤石结构二元简单晶体Yb₃TaO₇的非晶状低热导率的物理机理.研究发现,萤石Yb₃TaO₇的低热导率主要是由O-Yb和O-Ta之间的原子间结合力相差较大引起的.这种相差较大的原子键可以极大地软化声子模式,从而抑制声子输运.振动模式分解显示,萤石Yb₃TaO₇中的大多数声子模式位于Ioffe-Regel极限以下,表现出强烈的扩散特征.萤石Yb₃TaO₇中绝大部分(> 90%)的热流是通过扩散模式而不是传播模式传输.因此,萤石Yb₃TaO₇中的热传导表现出独特的类非晶特性.同时发现,萤石Yb₃TaO₇中的光学声子模式在热传导中发挥着重要的作用.本文对于原子间结合力与低热...     

石墨烯导热性能及其测试方法

石墨烯以其独特的结构和优异的性能引起人们广泛的关注。本文通过总结近期国内外石墨烯导热工作研究进展,梳理了石墨烯的导热机理,根据导热机理指出缺陷、基底、石墨烯边缘是影响石墨烯热导率的主要因素。综述了采用分子动力学及非平衡态格林函数方法进行石墨烯热导率模型计算的研究成果,并在模型的基础上,全面阐述了实验方面针对不同层数石墨烯热导率的测试方法及结果。     

工作温度对高温碳酸熔盐热物性的影响

熔融盐由于具有工作温度高、蒸气压力低、热稳定性良好等优势,在集中式太阳能热发电系统中可作为传热和蓄热工质。工作温度对熔盐的传热蓄热性能具有显著影响。本文利用分子动力学模拟方法研究了温度对二元混合碳酸盐(K₂CO₃:Li₂CO₃=38.0:62.0,摩尔分数)热导率、黏度、比热容及热扩散系数的影响。结果表明,随着温度升高,熔盐的热导率和黏度均降低,比热容和热扩散系数均增加。进一步分析径向分布函数发现,温度升高导致离子间距变小,熔盐结构变得更为紧凑,使得热导率和黏度均下降。温度越高,离子间碰撞越剧烈,因而能传输更多的热量导致热扩散系数增大。本文对高温熔盐热物性的研究可为光热发电蓄热技术发展提供指导。     

温度对有机物传热影响的分子动力学模拟及微观机理研究

热导率是表征物质导热性能的一个重要物性参数.通过分子模拟从微观角度揭示有机物分子液体导热机理并计算热导率具有重要的理论意义和应用价值.通过非平衡态分子动力学模拟方法,分别模拟了庚烷、己醛、2-己酮和己醇在263～363 K的热传导过程并得到了热导率.4种有机物在263～363 K下热导率的计算值与实验值的相对平均偏差分别小于5.40%,5.46%,4.29%和7.80%,表明模拟结果与实验结果基本一致.热流分解和原子热路径的结果表明,对总热流有显著贡献的库仑相互作用项、范德华相互作用项和扭转角项都随着温度的升高而减小,这使得4种有机物的热导率随着温度的升高而降低.同时研究表明温度的升高增大了分子的原子振动,加速了分子运动,降低了模拟体系的质量密度.本文为温度对液体热传导影响提供了微观解释和理论依据.     

金属阻尼性能测试方法的现状与发展

阻尼金属正成为减振降噪的首选方案之一，而阻尼性能测试结果可比性差已经成为制约高阻尼金属材料发展的一个“瓶颈”问题。由于自由衰减速率，共振峰宽度和应力一应变相位差都能够反映金属材料的阻尼性能高低，阻尼测试方法较多。本文论述了表征金属材料阻尼性能的物理量，并分析了由于设备，测试方法和试验参数不同可能引入的系统误差。介绍了弯曲共振装置，扭摆仪和DNFFA动态热机械分析仪等三种主要测试设备的原理和特点。文中还对测试设备和方法存在的系统误差，阻尼性能参数之间的换算以及金属材料阻尼性能的综合评价等若干问题进行了探讨，并对进一步完善和规范金属阻尼性能测试方法提出了建议。     

破碎岩石渗透性的试验测定方法

传统的试验仪器和方法仅能测试岩石破坏前的渗透系数，文中介绍了一种自行设计并已获国家专利的破碎岩石压实渗透仪，依靠其与MTS815.02岩石力学伺服系统连接匹配。利用MTS的两套闭环系统施加轴压和孔压，可测试压力作用下岩石破碎后的渗透系数，对破碎砂岩进行高压下的渗透测试进一步说明该方法的可行性。利用该方法得出的测试结果。对破碎岩体中渗流问题研究及灾害防治具有参考价值。