曹炳阳
,
张清光
,
张兴
,
高桥厚史
,
声田龙也
,
乔文明
,
滕井丕夫
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2006.11.017
采用电子束-物理气相沉积法(EB-PVD)制备了6个厚度为15--62 nm的铂薄膜,研究了纳米薄膜的晶粒尺寸及其对热导率的影响规律.当薄膜厚度小于30 nm时,晶粒平均尺寸接近于薄膜的厚度;晶粒尺寸随着薄膜厚度的增加而增大并趋于定值;当薄膜厚度大于30 nm时,晶粒尺寸约为20 nm.受薄膜的表面和内部晶界的综合影响,铂纳米薄膜的热导率大大低于体材料的值,并且纳米薄膜的热导率随着薄膜厚度的增加而增大并趋于一个低于体材料热导率的值.
关键词:
Pt纳米薄膜
,
热导率
,
晶粒尺寸
,
晶界效应
,
尺寸效应
董若宇
,
曹炳阳
工程热物理学报
本文使用分子动力学模拟方法,研究了单根碳纳米管在线性剪切流场中的定向行为,选用Lennard-Jones势能函数描述的氩作为流体介质.发现碳纳米管偏向沿与流动方向呈一个微小夹角的方向取向,可以由此定义三种随时间变化的定向行为,分别定义为“完全定向”(碳纳米管在一个取向附近微小摆动)、“间断定向”(碳纳米管在完全定向中的摆动会不时被360°转动打断)以及“无法定向”(碳纳米管的运动以360°转动为主).研究发现,碳纳米管的定向行为取决于流体剪切率、密度、温度和碳纳米管管长、管径等因素.
关键词:
定向性
,
剪切流动
,
碳纳米管
,
分子动力学模拟
李元伟
,
曹炳阳
工程热物理学报
采用分子动力学方法研究了含内热源单壁碳纳米管（5，5）的热导率，并与恒温差法结果进行了比较。研究发现，尽管两种模拟方法所得热导率均随管长增加而增加，但内热源法计算的热导率比恒温差法计算的热导率小，最大差别可达一倍左右。本文结合声子动力学理论建立了简单一维导热模型，较好地解释了这一现象。
关键词:
碳纳米管
,
热导率
,
低维导热
,
内热源
马维刚
,
王海东
,
曹炳阳
,
张兴
工程热物理学报
由于尺寸效应和晶界效应的影响,纳米薄膜在导电和导热方面呈现出与体材料不同的性质.本文实验研究了不同厚度(20～54 nm)金薄膜在不同温度(100～340 K)的导电、导热性质.测量结果显示,薄膜的电导率和热导率比体材料小,洛伦兹数比体材料大,Wiedemann-Franz定律不再成立.随着厚度增加,薄膜的电导率,热导率和电阻温度系数都增加.薄膜热导率随温度变化趋势与体材料相反,随着温度升高而升高.电导率随温度变化趋势与体材料相同,随着温度升高而降低;但薄膜没有体材料对温度变化敏感,导致电阻温度系数下降.
关键词:
金纳米薄膜
,
热导率
,
电导率
,
电阻温度系数
,
洛伦兹数
余大启
,
李卓毅
,
曹炳阳
,
陈民
工程热物理学报
使用二中心LJ分子嵌入沿轴偶极矩(2CLJD)的分子模型,对新型制冷剂R134a的PVT性质进行了分子动力学(MD)模拟,并与实验数据进行了对比,结果表明通过合理地选择势能参数,利用2CLJD模型预测氟利昂类制冷剂的热物理性质是可行的.
关键词:
分子动力学模拟
,
热物理性质
,
R134a
叶振强
,
董源
,
曹炳阳
,
过增元
工程热物理学报
声子是介电固体中导热过程的主要载体,研究声子的黏性对正确预测纳米材料中的非傅里叶导热等现象有着重要意义.本文从热质理论出发,基于涨落耗散理论导出了声子气黏度的表达式:ηh =hv/3πλα,其中ηh表示声子气的黏度,va为声子平均频率,λ为声子波长,α为材料热扩散系数.预测了单晶硅在300 K时的声子气黏度,其参考值为4.8×10-9 Pa·s.并且与基于声子水动力学模型和气体动理论模型的声子气黏度结果进行比较,发现本文模型的结果比声子水动力学模型的结果大2个量级,而比动理论模型小5个量级.
关键词:
声子气黏度
,
热质理论
,
声子气扩散系数
,
声子态密度
姜波
,
田茂诚
,
冷学礼
,
程林
,
曹炳阳
工程热物理学报
采用数值模拟与实验相结合的方法,研究了低频振动管外的流动与传热特性,分析了不同参数对换热性能的影响.数值计算结果的场协同理论分析与实验表明:振动有利于强化传热,且其强化传热的效果随着振动频率与振幅升高而增强.在半周期内,时相位为90°时管外的换热性能最好,在一定范围内协同角余弦值随振动频率的变化与振幅基本无关.对比不同管型,沿椭圆管短轴方向振动的协同角余弦值最高,传热效果最好.
关键词:
强化传热
,
振动
,
场协同
,
椭圆管
曹炳阳
,
过增元
工程热物理学报
采用分子动力学方法模拟了固态氩的纳米变截面结构的导热性质,研究发现纳米变截面材料的热阻和热流的大小与方向都相关:当纳米结构沿热流的方向为渐缩时,纳米结构的热阻随热流的增加而增大,而当纳米结构沿热流的方向为渐扩时,纳米结构的热阻随热流的增加呈减小的趋势;当热流较大时,热流沿渐缩方向时的热阻明显大于热流沿渐扩方向时的热阻,但当热流较小时纳米变截面结构的热阻和热流方向的关系不大.最后依据热质的运动和传递理论的动能效应对该现象进行了分析解释.
关键词:
纳米变截面结构
,
动能效应
,
导热性质
,
分子动力学模拟
姚文俊
,
曹炳阳
工程热物理学报
基于非平衡分子动力学方法,模拟研究了梯形、三角形和矩形热脉冲在石墨烯中的传播过程和规律.三种类型的温度脉冲采用直接速度修正法,通过调整对控温区原子施加的温度增量来实现.结果表明,热扰动在石墨烯中以有限的速度传播,并表现出明显的波动传递特征.热扰动在传播过程中激发出两道以不同速度传递的行波,一道波具有宏观动量,波速等于石墨烯声子群速度,为声波;另一道波是无宏观动量的热量的传播,波速是声速的1/x/3,为热波.研究还发现,热脉冲形状对热波现象的产生以及声波、热波的传播速度没有影响,但对其峰值温度影响显著.
关键词:
石墨烯
,
热脉冲传播
,
热波
,
分子动力学模拟
侯泉文
,
曹炳阳
,
过增元
工程热物理学报
采用非平衡分子动力学方法研究了室温下(5,5)碳纳米管的热导率.当管长从6 nm增加到4 μm时,其热导率从30 W/(m.K)增加为1000 W/(m.K).当碳纳米管长度小于40 nm时,热导率与长度呈线性关系,此时导热处于弹道输运阶段.随着管长的增加,热导率和长度成幂指数关系,但幂指数逐渐减小并趋向于O,表明声子从以弹道输运为主向以扩散输运为主的机制转变.
关键词:
碳纳米管
,
热导率
,
弹道输运
,
分子动力学模拟
