应力对石墨烯热输运性质影响的分子动力学模拟

本文建立了低维薄膜材料导热模型,运用非平衡分子动力学模拟的方法,利用lanmmps软件对单层石墨烯纳米带的导热特性进行仿真分析,根据Fourier定律计算热导率,再对石墨烯纳米带的原子施加一定耦合应力场,把应力耦合作用下的石墨烯热导率与正常的石墨烯纳米带进行了对比研究,模拟数据结果表明:在石墨烯纳米带上施加耦合应力时,会导致石墨烯纳米带热导率升高,且随应力增加而增大,模拟范围内热导率升高2.61倍,并且应力方向会对热导率变化产生一定影响,这个研究为纳米尺度上石墨烯相关研究和进一步提升热导率提供了新思路.     

金刚石晶界辅助石墨烯沉积的成核机理仿真

石墨烯在新基材上的生长一直是被关注的焦点,而在以金刚石多晶体为基底沉积石墨烯的成核机理方面的研究对石墨烯大规模的制备具有重要的现实意义.本文采用反应性分子动力学仿真技术,模拟了镍催化双晶金刚石辅助石墨烯沉积生长的过程,研究了金刚石晶界对石墨烯成核生长过程中动力学行为的影响.研究结果表明晶界碳原子可作为补充碳源扩散至镍自由表面,参与石墨烯的成核生长.论文探究了温度对碳原子扩散行为的影响,发现当沉积温度为1700 K时,利于晶界碳原子在镍晶格中扩散,有效提高石墨烯成核密度;探究了沉积碳源流量对石墨烯表面质量影响,发现1700 K下采用较低的碳沉积速率1 ps–1有利于获得最佳的石墨烯表面质量.本文的研究结果不仅为金刚石晶界辅助石墨烯沉积生长提供了有效的理论模型和机理解析,还揭示了沉积温度和沉积碳源流量对生长石墨烯表面质量的影响规律,为石墨烯/金刚石多晶体异质结构在超精密制造和微电子领域的实际应用提供理论基础.     

非简谐振动对SiC类石墨烯热输运性质的影响

考虑到原子的非简谐振动,应用固体物理理论和方法,计算了SiC类石墨烯的简谐系数和非简谐系数,得到它的德拜温度、热容量和热导率等随温度的变化规律,探讨了原子非简谐振动对它的热输运性质的影响.结果表明:SiC类石墨烯的德拜温度随温度的升高而在117-126 K之间线性增大,定容比热随温度升高而非线性增大,热导率随温度升高而非线性减小,温度较低时变化较快,而温度较高时变化较慢,并随着温度升高而趋于常量;考虑到非简谐振动后,SiC类石墨烯的德拜温度、定容比热和热导率的值分别大于、小于和大于简谐近似的相应值,温度愈高,其差值愈大,即温度愈高,非简谐效应的影响愈显著;二维平面状的SiC类石墨烯的定容比热和热导率随温度的变化规律,与三维块状SiC晶体总体趋势相同,只是具体数值不同.     

灯丝温度对原位吸收光谱和金刚石薄膜生长的影响

 报道了原位红外吸收光谱在气相合成金刚石薄膜生长过程中的应用，研究了灯丝温度对原位红外吸收光谱和金刚石薄膜生长的影响。较高的灯丝温度使甲烷分解更充分，从而产生更多诸如C₂H₂等可能对金刚石薄膜生长有利的基团，导致金刚石薄膜质量和生长速率的提高。     

金刚石生长的高压溶剂中碳的输运及其影响

 实验证实，在金刚石生长的高温超高压溶剂中，碳原子通过溶解扩散而输运，并清楚地看到在溶剂中也有对流现象。而宏观的对流现象的存在及其对金刚石生长的影响是不可忽视的。     

包含倾斜晶界的双晶ZnO的热输运行为

用嵌入位错线法和重合位置点阵法构建含有小角度和大角度倾斜角的双晶氧化锌纳米结构.用非平衡分子动力学方法模拟双晶氧化锌在不同倾斜角度下的晶界能、卡皮查热阻,并研究了样本长度和温度对卡皮查热阻和热导率的影响.模拟结果表明,晶界能在小角度区域随倾斜角线性增加,而在大角度区域达到稳定,与卡皮查热阻的变化趋势一致.热导率随样本长度的增加而增加,卡皮查热阻表现出相反的趋势.然而随着温度的增加,热导率和卡皮查热阻都减小.通过比较含5.45°和38.94°晶界样本的声子态密度,发现声子光学支对热传导的影响不大,主要由声子声学支贡献,大角度晶界对声子散射作用更强,声学支波峰向低频率移动.     

在强碳化物形成元素衬底上生长金刚石薄膜的物理机制探索

作者在研究金刚石表面金属化机理中发现,该物理过程是用化学气相沉积(CVD)方法在强碳化物形成元素上生长金刚石薄膜的逆物理过程。推断在强碳化物形成元素上,诸如WSi,Ta等,生长金刚石薄膜,其界面有相应的碳化物,诸如WC,SiC,TaC等出现,继而生长的金刚石薄膜实质是在相应的碳化物背底上择优取向成核生长的。从而揭示在强碳化物形成元素上生长金刚石薄膜的物理机制是:W(Si,Ta)等→WC(SiC,TaC)等→金刚石薄膜。 关键词：     

气相生长金刚石膜对衬底金刚石性能的影响

 本文以高压合成金刚石为衬底材料，用热解CVD法在衬底金刚石表面生长了金刚石晶体。结果表明，生长金刚石后的衬底金刚石热性能有明显改善。     

高温高压金刚石单晶生长界面的研究

 利用扫描电镜及Auger电子谱技术研究了高温高压下金刚石单晶生长界面的特性，观察到了金刚石单晶表面及金属膜表面的沟槽结构及金刚石-金属、金属-石墨两个主界面间的过渡层结构及界面间C原子电子组态的变化。     

碳化硅衬底上外延双层石墨烯的电输运性质

石墨烯是低维材料领域研究的热点,在这一体系中研究发现了诸多新奇的量子现象,深入理解石墨烯的电输运性质对于其在未来电子学器件中的应用具有重要的意义.本文通过热分解的方法在SiC单晶衬底上获得外延的双层石墨烯,并系统研究了其电输运性质.在小磁场范围内观测到弱局域化效应,并在较大的磁场区间发现了不饱和线性磁阻.通过角度依赖的磁阻测量,发现该线性磁阻现象符合二维体系的磁输运特征.还在平行场下观测到了负磁阻效应,可能是由双层石墨烯的转角莫尔条纹导致的局部晶格起伏导致的.本文工作加深了对于外延生长的层间具有一定转角的双层石墨烯的电输运性质的认识.     

吸收辐射复合金刚石膜的制备及光学研究

采用微波等离子体化学气相沉积（MW-PCVD）和直流热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积（DC-PCVD）两种方法相结合,制备出一种吸收辐射的复合金刚石膜,它对宽光谱范围的光辐射具有99%—99.2%的吸收率,同时具有较低的反射率和透过率.随着黑色吸收辐射金刚石层厚度的增加,复合金刚石膜的热导率将小幅度降低,但黑色金刚石膜层厚度小于15 μm时,复合金刚石膜的热导率都在16 W·cm^-1·K^-1以上,这满足吸收辐射复合金刚石膜的高导热需求.用热阴极DC-PCVD方 关键词： 吸收辐射 光学材料 金刚石 热导率     

Si衬底上异质外延金刚石的初始阶段原子H的作用及其界面结构

用高分辨率电子能量损失谱方法研究了原子H与被C₂H₂吸附的Si(100)界面的相互作用.结果显示,在Si(100)界面上,Si—Si二聚化键和C₂H₂中的C—C键被H原子打开,它们分别形成Si—H,C—H键.用AM1量子化学方法,计算了C₂H₂和C₂H₄在Si(100)上的吸附结构,指出了C₂H_{2关键词：}     

金刚石单晶生长的声发射实时检测初探

采用声发射检测技术,对高温高压下人造金刚石单晶的生长过程进行了检测和分析。利用由PCI-8型声发射仪和LMD-800型铰链式六面顶压机组成的声发射检测系统,检测了金刚石单晶的生长过程。将金刚石单晶生长和不生长过程中检测到的声发射信号进行对比和频谱分析,结果表明:声发射信号与金刚石单晶生长过程存在对应关系;金刚石单晶生长对应的声发射信号是一种低频信号,可以利用声发射信号的变化规律研究金刚石单晶在高温高压条件下的原位反应机理。     

高分子聚合物热输运调控的研究进展

高分子聚合物基热界面材料对高密度集成电路的散热起到至关重要的作用。本文主要阐述 高分子聚合物热导率的理论及实验研究进展,重点介绍近年来关于调控高分子聚合物热导率的相 关工作。此外,本文还对高分子聚合物热输运调控的发展趋势进行了展望,讨论目前研究中尚未 解决的问题及瓶颈。     

基于可调控多肽纳米管和石墨烯复合纳米结构的光吸收催化平台

近年来, 自组装纳米结构因为其容易制备、稳定、环保以及与各种功能基团、粒子等的多样结合能力吸引了科学家们的目光, 成为人们研究的热点课题, 在光电池、光催化、水凝胶、药物缓释等方面的实验科学领域得到了广泛的应用. 尤其是光催化方面, 自组装结构的重复性为激子的传递创造了比较良好的条件, 成为众多激子传递平台中的佼佼者. 本文报道了一种以苯丙氨酸二肽纳米管和羧基石墨烯为基础的自组装光吸收催化平台, 对其结构进行研究, 并使用该体系进行了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸到它的还原态的催化实验. 该体系的微观结构由纳米管和石墨烯膜复合而成, 羧基石墨烯的存在能够降低纳米管直径, 实现纳米管的形态操控, 石墨烯与多肽纳米管复合纳米结构的存在实现了多通道协同激子传递, 降低了激子传递的距离, 极大增强了催化中心对于激子的接受和使用效率. 在复合了光敏剂和催化中心之后, 该体系具有较高的稳定性, 均一的分散性, 很强的光能吸收和转化能力等性质. 对于从NADP⁺往NADPH转变的催化实验表明, 该体系有较高的反应速率和催化效率, 并且比两种单一结构催化平台效果之和更好, 实现了一加一大于二的效应, 展现了复合纳米结构光吸收催化平台的巨大潜力和广阔应用前景.     

负偏压热灯丝CVD金刚石膜核化和早期生长的研究

利用扫描电子显微镜、Raman谱和X射线光电子能谱，研究了Si衬底上热灯丝CVD金刚石膜的核化和早期生长.在-300V和100mA条件下预处理15min，镜面抛光的Si(100)表面上金刚石核密度超过了10⁹cm^-2，但是核的分布极不均匀且可分为三个区域：A区，边缘处以锥体为主；B区，位于边和中心之间过渡区是纳米金刚石；C区，中心处有SiC层.无偏压下生长4h后，A区形成许多大而弧立的金刚石颗粒，B区成为织构金刚石膜，而C区变为含有大量缺陷的连续金刚石膜.衬底负 关键词：     

非金刚石衬底生长金刚石薄膜中过渡层存在的机理研究

 应用界面能量理论，研究了非金刚石衬底低压气相生长金刚石薄膜中的过渡层问题。提出了过渡层存在的理论机制，较好地解释了一些关于过渡层研究的实验现象。     

缺陷增强铜/金刚石界面热导的分子动力学研究

铜和金刚石热载流子不同且声子态密度差异大,限制了其界面热输运。本文采用分子动力学模拟对铜和金刚石的界面热输运机理进行探究,提出通过对界面附近纳米尺度的金刚石层添加缺陷来改善其与铜的界面声子耦合。计算结果表明,在缺陷浓度为0.08时,铜和金刚石的界面热导比未添加缺陷时提高了89.2%。并进一步发现,虽然有缺陷的金刚石薄层自身热导率有所下降但仍远高于一般的热界面材料,因此界面处的集总热阻仍然得到了大幅降低。